Для нейробиологов, изучающих сложные механизмы слуха в слуховой коре головного мозга, главный вопрос заключался в том, как слушатель может сосредоточиться в шумной среде и как нейрохимические вещества помогают нейронам передавать как можно больше встроенной информации, чтобы остальная часть мозга могла действовать на нее.
В журнале Journal of Neuroscience на этой неделе докторант Маая Икеда и ее научный руководитель, нейробиолог Люк Ремедж-Хили из Массачусетского университета в Амхерсте, сообщают о том, что нейромодулятор норадреналин оказывает неожиданное прямое действие на слуховую обработку сложных сигналов, в частности пения птиц. в зебровом зяблике.
Авторы говорят, "Изучение роли нейромодуляторов и их взаимодействия в корковых цепях, которые кодируют и декодируют сложные звуки, может дать представление о лечении неврологических расстройств и нарушений обработки сенсорной информации" такие как шизофрения, синдром дефицита внимания с гиперактивностью, посттравматическое стрессовое расстройство и аутизм.
Ремедж-Хили, который в первую очередь изучает, как эстрогены действуют как нейротрансмиттеры в головном мозге, объясняет:, "Одна из причин, по которой мы работаем с певчими птицами, заключается в том, что они запоминают звуки и структурируют их сложным образом, как человеческая речь. В предыдущих исследованиях на животных, которые издают относительно простые звуки, такие как сигнал тревоги, норадреналин улучшал слуховую обработку вокализаций."
"Теперь, благодаря работе Маайи, мы понимаем, что норэфинефрин увеличивает способность нейронов кодировать сложные звуки," он добавляет. "Мы также думали, что норэпинефрин может регулировать эстрогены, такие как эстрадиол, но эксперименты Маая ясно показывают, что это не так."
У млекопитающих нейромодулятор норадреналин участвует в бодрствовании и внимании и может немедленно изменять свойства нейронов, повышая соотношение сигнал / шум при обработке простых звуков, таких как лай или свист. Отношение сигнал / шум указывает на то, насколько хорошо реакция на стимул отличается от фоновой активности. По аналогии, например, на шумной коктейльной вечеринке, это соотношение – насколько хорошо голос друга выделяется из общего шума.
Для этих экспериментов Икеда вводил норадреналин в слуховую кору зябликов, когда они слушали сложные звуки, такие как отрывки из песен, чтобы оценить любые изменения в соотношении сигнал / шум. Она записала 18 отдельных нейронов, чтобы увидеть, изменилось ли их поведение и свойства реакции в присутствии норадреналина или контрольного раствора.
Чтобы проанализировать реакцию нейронов в каждом состоянии, она использовала компьютерный алгоритм классификатора паттернов, написанный соавтором и когнитивным нейробиологом из Университета Массачусетса Амхерст Розмари Коуэлл. Алгоритм был обучен распознавать различные модели возбуждения нейронов и различать ответы на разные песни зябликов. С высокой точностью алгоритм мог определить по схеме стрельбы, какую песню слышит зяблик.
Икеда объясняет, "Таким образом, вы можете проверить, насколько хорошо нейроны слушающей птицы способны распознавать сигнал на фоне фонового шума и сколько информации каждый нейрон получает из песни." Она обнаружила, что норэпинефрин улучшает кодирование песен отдельными нейронами, уменьшая срабатывание фонового шума. Что удивило исследователей, так это то, что этот механизм был полностью отделен от аналогичного усиления сигнала эстрадиолом, показанного в предыдущей работе.
Ремедж-Хили говорит, "Эти экспериментальные результаты показывают, что норэпинефрин увеличивает отношение сигнал / шум, подавляя запуск фонового шума, или, чтобы завершить аналогию, успокаивая толпу на вечеринке с коктейлем."
Еще одно достижение, связанное с экспериментами Икеды, – установление того, что изучение функции нейронов у певчих птиц дает информацию, относящуюся к человеческому мозгу. Как объясняют исследователи, млекопитающие более тесно связаны с людьми, но большинство млекопитающих, за исключением некоторых, таких как киты, дельфины и слоны, не учатся и не используют сложные вокализации. Таким образом, определение того, что певчие птицы, изучающие сложные звуки для общения, могут служить подходящей моделью, является преимуществом.
Икеда говорит, "Я думаю, это открывает новую область исследований для понимания того, как нейромодуляторы взаимодействуют, чтобы контролировать сложную слуховую обработку. Наш результат является доказательством того, что в дополнение к консервативным нейронным структурам и поведению, лежащая в основе нейрофизиология также похожа у птиц и млекопитающих."