蘇麗曄，馬蘭蘭

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 生理學(xué)教研室，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

·綜 述·

click音刺激下的聽(tīng)皮層神經(jīng)元活動(dòng)

蘇麗曄，馬蘭蘭

(中國(guó)醫(yī)科大學(xué) 生理學(xué)教研室，遼寧 沈陽(yáng) 110122)

聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)基本作用是對(duì)聲音隨時(shí)間變化的一些特征進(jìn)行識(shí)別和處理，聽(tīng)皮層在聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位。聽(tīng)皮層神經(jīng)元可以對(duì)不同重復(fù)率的click音進(jìn)行識(shí)別和編碼，不同重復(fù)率的click 音被感知為不同的聲音內(nèi)容。作者從聽(tīng)皮層分區(qū)、click音的神經(jīng)編碼方面進(jìn)行綜述，以闡述click音刺激下的聽(tīng)皮層神經(jīng)元活動(dòng)的研究進(jìn)展。

聽(tīng)皮層; 神經(jīng)元; click音; 重復(fù)率; 放電頻率; 綜述

在人類(lèi)獲取外界信息時(shí)，聽(tīng)覺(jué)是僅次于視覺(jué)的重要信息來(lái)源。依靠聽(tīng)覺(jué)感受外界聲音，對(duì)聲音的頻率、強(qiáng)度、音質(zhì)、時(shí)程、模式，以及聲源方向、距離等做出分析和判斷。聲源振動(dòng)引起空氣產(chǎn)生的疏密波，通過(guò)外耳和中耳組成的傳音系統(tǒng)傳遞到內(nèi)耳，經(jīng)耳蝸毛細(xì)胞的換能作用，將聲源振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為聽(tīng)神經(jīng)纖維上的神經(jīng)沖動(dòng)，由聽(tīng)神經(jīng)上傳至大腦皮層的聽(tīng)覺(jué)中樞，從而產(chǎn)生聽(tīng)覺(jué)。聽(tīng)覺(jué)對(duì)動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境和人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然有著重要的意義。在聽(tīng)覺(jué)形成過(guò)程中，各種聲音信息轉(zhuǎn)化的神經(jīng)電信號(hào)匯入到聽(tīng)皮層(auditory cortex，AC)，其中初級(jí)聽(tīng)皮層(AI區(qū))，在聲刺激的感知、動(dòng)物種屬特異性音調(diào)的辨別、聲源定位以及特殊聲刺激的適應(yīng)、學(xué)習(xí)和記憶等方面均具有主導(dǎo)作用[1]。聽(tīng)皮層神經(jīng)元是聽(tīng)皮層結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)，對(duì)聲音隨時(shí)間變化的一些特征，比如重復(fù)率，進(jìn)行識(shí)別和編碼。不同重復(fù)率的click 音被人感知為不同的聲音內(nèi)容。

1 聽(tīng)皮層分區(qū)

聽(tīng)皮層作為大腦皮層的一個(gè)特異性功能分區(qū)，對(duì)聲音的感知起著至關(guān)重要的作用。起初，人們普遍認(rèn)為猴聽(tīng)皮層的組織結(jié)構(gòu)與貓科動(dòng)物相近，存在一個(gè)也是唯一的一個(gè)初級(jí)區(qū)域，即AI區(qū)，位于外側(cè)溝的下邊緣；還有一個(gè)二級(jí)區(qū)域，次聽(tīng)區(qū)(AII區(qū))，位于外側(cè)溝深部[1]。此觀點(diǎn)與早期一些觀點(diǎn)一致，認(rèn)為軀體感覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)都是由兩大區(qū)域組成的。但是，現(xiàn)在我們知道猴的聽(tīng)覺(jué)大腦皮層由3個(gè)具有初級(jí)中樞特征的區(qū)域構(gòu)成。3個(gè)區(qū)域分層次地、平行地構(gòu)成聽(tīng)皮層的3個(gè)層次聽(tīng)覺(jué)傳導(dǎo)通路[2]。3個(gè)區(qū)域的具體位置如圖1[3]，分別是中央核心區(qū)(core)、包繞中央核心區(qū)一個(gè)條帶二級(jí)區(qū)(belt)以及外緣的條帶旁三級(jí)區(qū)(parabelt)。

core，中央核心區(qū)； belt，條帶區(qū)； parabelt，條旁區(qū)； AS，弓形溝; CS中央溝; INS，腦島; LS，外側(cè)溝; STG,顳回; STS，顳上溝

圖1 獼猴大腦皮層的側(cè)面視圖[3]

Fig 1 Lateral view of the macaque cerebral cortex[3]

1.1 中央核心區(qū)(core)

中央核心區(qū)根據(jù)不同的耳蝸反應(yīng)，分為AI、R、RT 3個(gè)亞區(qū)[4-10]，相互之間聯(lián)系緊密。3個(gè)亞區(qū)的具體位置如圖2[3]所示。Jon等[3]研究發(fā)現(xiàn),AI尾側(cè)區(qū)神經(jīng)元易對(duì)高頻段的聲音刺激反應(yīng)，而頭側(cè)區(qū)神經(jīng)元?jiǎng)t對(duì)低頻段聲音敏感度高，即最佳頻率呈現(xiàn)頭側(cè)低尾側(cè)高的排列方向；而R區(qū)的神經(jīng)元的最佳頻率排列方向恰與AI區(qū)相反，呈現(xiàn)頭側(cè)高尾側(cè)低的排列方向；RT區(qū)的神經(jīng)元最佳頻率排列與AI區(qū)相近。他們還發(fā)現(xiàn)，AI區(qū)域神經(jīng)元中具有相近最佳反應(yīng)頻率的神經(jīng)元縱向排列成一條條曲線，因此位于大腦溝縫底處的神經(jīng)元的最佳反應(yīng)頻率較高。

AI、R、RT為中央核心區(qū)的3個(gè)亞區(qū)。L：低頻； H：高頻，曲線是不同位點(diǎn)相“等”最佳頻率連線

圖2 獼猴中央核心區(qū)亞區(qū)分布圖以及最佳頻率分布趨勢(shì)[3]

Fig 2 Tonotopic organization of sub district of central core area and best frequency in macaque cerebral cortex[3]

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，AI、R、RT區(qū)都具有初級(jí)感覺(jué)皮層的特征，包括如下：第一，對(duì)于純音刺激，神經(jīng)元反應(yīng)敏感并且具有較短的潛伏期，對(duì)于最佳頻率的刺激反應(yīng)最敏感并且具有陡峭的頻率反應(yīng)曲線[3]；第二，接受內(nèi)側(cè)膝狀體腹側(cè)部的纖維投射，程度較為密集[7-9]；第三，具有初級(jí)感覺(jué)皮層的細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征[11-13]，例如，有4層發(fā)達(dá)的顆粒細(xì)胞，皮層中間有致密的纖維髓質(zhì)層，皮層中間密集表達(dá)代謝酶和細(xì)胞氧化酶等特點(diǎn)。盡管這3個(gè)亞區(qū)在細(xì)胞結(jié)構(gòu)和電生理反應(yīng)特性方面具有相似性，但是它們?cè)谔幚砺?tīng)覺(jué)信息方面并不相同。Recanzone等[14]利用覺(jué)醒猴子做為模型發(fā)現(xiàn)，AI和R區(qū)神經(jīng)元在猴子完成任務(wù)時(shí)對(duì)聲刺激的反應(yīng)潛伏時(shí)以及特征頻率等具有一定差別。研究發(fā)現(xiàn)，猿類(lèi)和人類(lèi)的中央核心區(qū)都是相同的窄身字形，但兩者的面積都大于短尾猴的，表明猿類(lèi)和人類(lèi)也應(yīng)該具有AI、R、RT 3個(gè)亞區(qū)，但目前仍缺乏直接證據(jù)[3]。

1.2 條帶區(qū)(belt)

條帶區(qū)為一條寬2～3 mm的條帶狀區(qū)域，因形得名，它圍繞著中央核心區(qū)，兩者有著密切的相互關(guān)系。Rauschecker等[15]發(fā)現(xiàn)，條帶區(qū)接受來(lái)自?xún)?nèi)側(cè)膝狀體背部和內(nèi)側(cè)部大量的纖維投射以及來(lái)自腹側(cè)部的較少的纖維投射。他們還發(fā)現(xiàn)，盡管條帶區(qū)接受丘腦的纖維投射，但其依賴(lài)于中央核心區(qū)，這種依賴(lài)性?xún)H在條帶區(qū)的1個(gè)亞區(qū)得到證明，即CM區(qū)，其對(duì)聽(tīng)覺(jué)刺激的反應(yīng)會(huì)隨著核心區(qū)域的去除而消失。

條帶區(qū)由CL、CM、ML、RM、AL、RTL、MM、RTM 8個(gè)亞區(qū)組成，每個(gè)亞區(qū)代表不同部位的耳蝸。Jon等[3]還發(fā)現(xiàn)其依據(jù)兩方面：首先，核心區(qū)域與和它相鄰近的條帶區(qū)域聯(lián)系更為密切，研究表明條帶區(qū)域尾側(cè)最密集的纖維投射來(lái)自AI區(qū)，而頭側(cè)的則來(lái)自R或RT區(qū)；此外，條帶區(qū)接受的最密集的纖維投射來(lái)自與其直接毗鄰的核心區(qū)，這種多重的投射模式可以為原始的耳蝸反應(yīng)模式提供依據(jù)，而且，神經(jīng)纖維的連接模式也證實(shí)了內(nèi)側(cè)3～4個(gè)亞區(qū)和外側(cè)4個(gè)亞區(qū)存在不同的音調(diào)組構(gòu)的可能性，微電極記錄也已證實(shí)這些發(fā)現(xiàn)[10]。相關(guān)研究[16]發(fā)現(xiàn)，盡管條帶區(qū)神經(jīng)元對(duì)聲音刺激的反應(yīng)不如核心區(qū)域神經(jīng)元強(qiáng)烈，但是其反應(yīng)也足以證明條帶區(qū)的音頻反應(yīng)模式和其鄰接的核心區(qū)相似。同時(shí)發(fā)現(xiàn)位于條帶外側(cè)處的神經(jīng)元對(duì)窄帶寬的噪音的反應(yīng)比純音強(qiáng)，這些噪音頻率帶的中心值可以用來(lái)代表神經(jīng)元的最佳反應(yīng)頻率。對(duì)于不同亞區(qū)音頻反應(yīng)模式的構(gòu)成，微電極記錄僅提供了有限的證據(jù)[10,13,15]，目前對(duì)于一些亞區(qū)還缺乏充分的研究，所以條帶區(qū)域的亞區(qū)劃分只是一種暫時(shí)的提議[3]。

1.3 條旁區(qū)(parabelt)

條旁區(qū)具體位置如圖1，Jon等[3]推測(cè)此區(qū)域可能存在不同功能的亞區(qū)。但是目前關(guān)于如何對(duì)此區(qū)域進(jìn)行亞區(qū)劃分的報(bào)道很少，還沒(méi)發(fā)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行的有關(guān)電生理記錄方面的研究結(jié)果。關(guān)于纖維投射，Morel 等[9]發(fā)現(xiàn),此區(qū)域不僅接受一些來(lái)自膝狀體背側(cè)和內(nèi)側(cè)部的纖維投射，同時(shí)還接受來(lái)自上膝狀核、內(nèi)側(cè)丘腦枕的纖維投射，構(gòu)成一個(gè)更加復(fù)雜的聽(tīng)覺(jué)信息處理網(wǎng)絡(luò)。Kosmal等[17]利用注射放射性示蹤劑顯示，條帶區(qū)和條旁區(qū)可能參與復(fù)雜的整合功能，包括認(rèn)知等腦的高級(jí)功能。條旁區(qū)還與顳葉、頂葉、額葉皮層有較廣泛的聯(lián)系，這些區(qū)域參與介導(dǎo)聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)包括空間感知和聽(tīng)覺(jué)記憶在內(nèi)的一些重要功能[18]。

2 神經(jīng)元的聲音識(shí)別與編碼

在自然界中存在著形形色色的聲音，而有生物學(xué)意義的聲音大多具有按時(shí)間模式而變化的特征，人類(lèi)的語(yǔ)言聲和動(dòng)物的鳴叫聲是典型的例子。聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)基本作用是對(duì)聲音隨時(shí)間變化的一些特征進(jìn)行識(shí)別和處理，聽(tīng)皮層在聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，而聽(tīng)皮層神經(jīng)元?jiǎng)t是聽(tīng)皮層結(jié)構(gòu)和功能基礎(chǔ)。研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元存在相應(yīng)的聲音甄別和選擇的神經(jīng)基礎(chǔ)，能對(duì)動(dòng)態(tài)變化的聲頻率、幅度和時(shí)程等進(jìn)行反應(yīng)和編碼[19]。韓磊等[20]運(yùn)用在體細(xì)胞內(nèi)微電極記錄技術(shù)觀察,麻醉大鼠初級(jí)聽(tīng)皮層單個(gè)神經(jīng)元對(duì)聲音刺激的細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)，大鼠初級(jí)聽(tīng)神經(jīng)元對(duì)相同自然聲刺激可以產(chǎn)生多種類(lèi)型的反應(yīng)，包括興奮性聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)、抑制性反應(yīng)和"on-off"雙相聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)。根據(jù)聲音誘發(fā)的興奮性突觸后電位(EPSP)/抑制性突觸后電位(IPSP)以及動(dòng)作電位(AP)的特點(diǎn)，興奮性聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)可分為長(zhǎng)時(shí)程EPSP型、短時(shí)程EPSP型、規(guī)律放電型、閾下EPSP型4型;抑制性聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)也可分為AP-IPSP型、EPSP-IPSP型、IPSP型、AP-超極化型4型。"on-off"雙相聽(tīng)覺(jué)反應(yīng)的放電間隔與聲音時(shí)長(zhǎng)高度一致。推測(cè)這可能是初級(jí)聽(tīng)皮層神經(jīng)元功能多樣性的基礎(chǔ)，即可以對(duì)多種類(lèi)型聲音產(chǎn)生多種類(lèi)型的反應(yīng)。

在人類(lèi)語(yǔ)言和動(dòng)物通訊聲中存在這樣的一類(lèi)聲音事件，若干短音以特定的重復(fù)率進(jìn)行周期性、類(lèi)周期性或非周期性的重復(fù)而組成聲音脈沖串[21-22]。近幾年，已有研究者利用此類(lèi)被稱(chēng)為click-train的聲音來(lái)研究聽(tīng)皮層神經(jīng)元的放電反應(yīng)特性[23-25]。一個(gè)由多個(gè)click音構(gòu)成的聲音串即click-train音是被感知成一個(gè)連續(xù)的聲音，還是若干個(gè)間隔的聲音，亦或是處于兩者之間臨界處的震顫聲音，取決于聲音串中click音的重復(fù)率。如若聲音串中click音的重復(fù)率在一定范圍內(nèi)，則被感知為震顫聲音；若重復(fù)率高于這個(gè)范圍的上限，則以更連續(xù)的聲音被感知；如果低于就無(wú)重復(fù)率而言，感知到的是在時(shí)間上有明顯間隔的若干個(gè)聲音的組合。對(duì)于人類(lèi)而言，較低重復(fù)率(10～45 Hz)的聲音被認(rèn)為是震顫聲音(flutter)，而認(rèn)為較高重復(fù)率(50～300 Hz)聲音是個(gè)連續(xù)音[26-28](pitch)，低于10 Hz的聲音被感知為單獨(dú)的聲音組合(events)，見(jiàn)圖3[28]。例如，常見(jiàn)的啄木鳥(niǎo)叮啄木樁現(xiàn)象，我們感知到的是一個(gè)震顫聲音[27-29]。在震顫音重復(fù)率范圍內(nèi)，低重復(fù)率對(duì)于人類(lèi)語(yǔ)言交流中識(shí)別輔音和理解句子有著至關(guān)重要的作用，不僅如此，對(duì)于動(dòng)物而言鳴叫通訊也是非常重要的，例如絨毛猴的顫音[30-31]。

早期研究[23]顯示，如果click音重復(fù)率低，AI區(qū)的神經(jīng)元表現(xiàn)出與click音刺激同步的放電反應(yīng)，這是一種時(shí)間編碼方式，即刺激-放電同步化，有一個(gè)click音就出現(xiàn)一個(gè)或幾個(gè)神經(jīng)元放電。Bendor等[24]通過(guò)對(duì)絨毛猴聽(tīng)皮層神經(jīng)元放電反應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，AI區(qū)神經(jīng)元還存在另一種與聲音重復(fù)率相關(guān)的編碼方式，這是一種以放電的速率而不是放電的時(shí)間來(lái)編碼聲音重復(fù)率的編碼方式，這類(lèi)神經(jīng)元放電反應(yīng)和click音的發(fā)生不存在時(shí)間上的一致，稱(chēng)之為非同步化放電反應(yīng)，而是無(wú)論給予高重復(fù)率或是低重復(fù)率的click聲音刺激，這類(lèi)神經(jīng)元的放電彌散地存在整個(gè)聲音刺激持續(xù)的時(shí)間段內(nèi)，不同重復(fù)率的click聲音刺激，神經(jīng)元放電速率會(huì)不同。Thomas等[23]發(fā)現(xiàn)，一些神經(jīng)元在接近震顫聲音重復(fù)率的上限(～45 Hz)的聲音刺激下仍可具同步化放電反應(yīng)，而一些神經(jīng)元在受到高于震顫聲音重復(fù)率下限(～10 Hz)的聲音刺激時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)非同步化放電。Bendor等[24]將聽(tīng)皮層神經(jīng)元?jiǎng)澐殖扇?lèi)，即同步反應(yīng)神經(jīng)元，它們具有短的潛伏期，至少重復(fù)率在不超過(guò)40～50 Hz時(shí)，神經(jīng)元都具有刺激-放電同步化反應(yīng)；非同步化反應(yīng)神經(jīng)元，它們的潛伏期比前者的長(zhǎng)，重復(fù)率只要高于10 Hz就出現(xiàn)非同步化反應(yīng)，一些神經(jīng)元在重復(fù)率低于10 Hz時(shí)還是存在同步化反應(yīng)現(xiàn)象的；混合型反應(yīng)神經(jīng)元，其刺激-放電同步化還是非同步化取決于聲音刺激的強(qiáng)度或時(shí)程。他們還發(fā)現(xiàn)，所記錄的神經(jīng)元中2/3的神經(jīng)元放電速率和click音重復(fù)率呈單調(diào)函數(shù)關(guān)系，隨著重復(fù)率的提高，神經(jīng)元放電速率呈單調(diào)遞增或單調(diào)遞減兩種不同的變化趨勢(shì)。

圖3 人對(duì)不同重復(fù)率聲音感知?jiǎng)澐謭D[29]

Fig 3 The division of perception to different repetition rate sound in human[29]

將刺激-放電同步化神經(jīng)元與非同步化神經(jīng)元進(jìn)行比較可知，這兩種神經(jīng)元大部分都呈現(xiàn)放電速率是click音重復(fù)率的單調(diào)函數(shù)關(guān)系?？梢院苊黠@地看到，同步化神經(jīng)元的放電和刺激在時(shí)間上同步，由此我們可以根據(jù)放電時(shí)間準(zhǔn)確地推測(cè)刺激發(fā)放的時(shí)間點(diǎn)；而非同步神經(jīng)元對(duì)純音刺激做出反應(yīng)時(shí)，具有較長(zhǎng)的潛伏期，這樣可以有一個(gè)較充足的時(shí)間對(duì)聽(tīng)覺(jué)信息進(jìn)行分析處理。在放電速率對(duì)click音重復(fù)率的變化率方面，非同步化神經(jīng)元具有相對(duì)較小的變化率，其放電速率對(duì)重復(fù)率的變化不敏感，變化率波動(dòng)小，相對(duì)穩(wěn)定，可以體現(xiàn)出其在放電速率對(duì)重復(fù)率線性關(guān)系上更穩(wěn)定的單調(diào)性[24]。在聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中，單調(diào)性或斜率(放電頻率對(duì)重復(fù)率的變化)相關(guān)性的放電速率編碼方式不僅僅應(yīng)用于聲音重復(fù)率特征的編碼過(guò)程，也對(duì)聲音的強(qiáng)度和聲音的定位進(jìn)行編碼，對(duì)此已有相關(guān)文獻(xiàn)[32-33]報(bào)道。但是，聲音強(qiáng)度適度的變化(10～50 dB)不會(huì)對(duì)反應(yīng)斜率產(chǎn)生顯著影響[34]，所以在研究重復(fù)率的編碼時(shí)，如果需要聲強(qiáng)的改變，可使其保持在10～50 dB范圍內(nèi)以免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我們了解到神經(jīng)元反應(yīng)的單調(diào)性對(duì)于聽(tīng)覺(jué)信息的獲取和處理是至關(guān)重要的，這種編碼方式不僅能夠使單個(gè)神經(jīng)元同時(shí)對(duì)多個(gè)聲音參數(shù)進(jìn)行編碼[35]，還能提高編碼的精確度[33]。例如一個(gè)神經(jīng)元在對(duì)不同的聲音參數(shù)進(jìn)行編碼時(shí)，可能會(huì)呈現(xiàn)單調(diào)遞增或單調(diào)遞減的趨勢(shì)，而對(duì)于神經(jīng)元群體而言，若神經(jīng)元單調(diào)性相同，那這種群體單調(diào)性就會(huì)得以保持，而且還會(huì)通過(guò)累積效應(yīng)使這種趨勢(shì)更為明顯和穩(wěn)定。所以，神經(jīng)元在對(duì)多個(gè)聲音參數(shù)進(jìn)行編碼時(shí)，通過(guò)對(duì)照群體的單調(diào)變化趨勢(shì)的增強(qiáng)或減弱來(lái)提取出某個(gè)聲音參數(shù)。

早在20世紀(jì)五六十年代，Pollack等[36]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于周期性的和非周期性的低重復(fù)率的聲音脈沖串，人類(lèi)的平均辨別閾相近；但是如果將重復(fù)率提高一些，則對(duì)于非周期性重復(fù)的聲音的辨別能力就會(huì)出現(xiàn)一定程度的下降。后來(lái)Lu等[37]發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元同步化放電可以為聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于周期性重復(fù)和非周期性重復(fù)的分辨提供一定的信息。不僅如此，Bendor等[38]發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)元的頻率編碼方式，即刺激-放電非同步化，對(duì)聲音的周期性信息基本是不敏感的。近期Bendor等[24]發(fā)現(xiàn)，AI區(qū)前外側(cè)邊緣處的一個(gè)小神經(jīng)元群(音調(diào)選擇性神經(jīng)元)對(duì)聲音周期性的特征的敏感度較高。

3 不同編碼類(lèi)型神經(jīng)元的空間分布

近幾年，Bendor等[24]通過(guò)對(duì)覺(jué)醒狀態(tài)絨毛猴的聽(tīng)皮層神經(jīng)元進(jìn)行的電生理相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，沿尾-鼻軸，即與外側(cè)溝平行方向，同步型和非同步型兩類(lèi)神經(jīng)元空間分布明顯不同。在AI區(qū)，刺激-放電同步型神經(jīng)元分布較多，而R和RT區(qū)的非同步型神經(jīng)元分布較多。Dong等[25]通過(guò)對(duì)覺(jué)醒狀態(tài)貓的AI區(qū)神經(jīng)元研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)刺激的click音重復(fù)率在12.5 Hz時(shí)，所記錄的AI區(qū)神經(jīng)元中的75%具明顯的同步化放電，重復(fù)率提高至25 Hz時(shí)，58%的神經(jīng)元同步化放電，繼續(xù)提高刺激頻率至200 Hz，此時(shí)僅存在2%的神經(jīng)元還具有和刺激同步放電的現(xiàn)象。AI區(qū)神經(jīng)元對(duì)于重復(fù)率小于50 Hz的聲音刺激，大部分都具與刺激同步的放電現(xiàn)象。

Bendor等[24]所記錄的神經(jīng)元中，2/3的同步型神經(jīng)元在AI區(qū)，而2/3的非同步型神經(jīng)元在R和RT區(qū)。其中AI區(qū)大部分(～70%)神經(jīng)元的放電頻率對(duì)于重復(fù)率呈單調(diào)遞增，而R和RT區(qū)54%神經(jīng)元單調(diào)遞增，其余的46%則單調(diào)遞減。如果只對(duì)具單調(diào)性的同步型和非同步型神經(jīng)元的分布進(jìn)行比較，可看出這兩種神經(jīng)元沿尾-鼻軸分布的差異性顯著；但是分析非單調(diào)型神經(jīng)元的分布，則這兩種神經(jīng)元沿軸分布無(wú)明顯差異。Dong等[25]對(duì)覺(jué)醒狀態(tài)貓施加12.5～200 Hz重復(fù)率的click-train聲音刺激發(fā)現(xiàn)，所記錄的AI區(qū)神經(jīng)元中的75%具明顯的同步化放電，還發(fā)現(xiàn)記錄神經(jīng)元中的7%呈現(xiàn)放電頻率對(duì)重復(fù)率單調(diào)遞減的變化。比較中心區(qū)的3個(gè)亞區(qū)的神經(jīng)元放電反應(yīng)特點(diǎn)，可看出無(wú)論是同步型還是非同步型神經(jīng)元，R和RT區(qū)的神經(jīng)元對(duì)純音刺激反應(yīng)相對(duì)較弱，但其潛伏期較AI區(qū)神經(jīng)元長(zhǎng)。

以麻醉動(dòng)物為對(duì)象進(jìn)行的聽(tīng)皮層神經(jīng)元活動(dòng)的電生理方面研究[39-51]，揭示了刺激-放電同步化的時(shí)間編碼方式。對(duì)覺(jué)醒狀態(tài)絨毛猴的聽(tīng)皮層神經(jīng)元活動(dòng)的研究[52]，記錄到了非同步化的編碼方式，即放電頻率編碼方式。Dong等[25]對(duì)覺(jué)醒狀態(tài)貓進(jìn)行了聽(tīng)皮層神經(jīng)元活動(dòng)的研究。不同區(qū)中不同編碼方式神經(jīng)元的分布比例存在一些差別，比如同步型神經(jīng)元的比例，結(jié)果有2%[47]、17%[53]、～50%[23]等。這些差別可能由刺激的特征參數(shù)、評(píng)判同步化反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種屬、抽樣誤差等因素造成。

4 聽(tīng)覺(jué)研究展望

關(guān)于放電頻率的編碼模式的內(nèi)在機(jī)制，目前此方面的研究很少。AI、R、RT區(qū)的皮層聯(lián)系維持沿尾-鼻軸神經(jīng)元的瞬時(shí)整合級(jí)聯(lián)。前饋皮層的纖維投射與內(nèi)側(cè)膝狀體腹部到中央核心區(qū)的纖維投射相結(jié)合[54]，前饋皮層的這種信息輸入可能會(huì)延長(zhǎng)信息的到達(dá)時(shí)間，與AI區(qū)相比較而言，減弱了R、RT區(qū)神經(jīng)元刺激-放電的同步性，從而將放電時(shí)間編碼方式向放電頻率編碼方式轉(zhuǎn)化，所以R和RT區(qū)有著較高比例的非同步型神經(jīng)元，而且神經(jīng)元的潛伏期較長(zhǎng)[24]。還有研究[55]顯示，非同步型神經(jīng)元延長(zhǎng)的時(shí)間整合可能會(huì)造成對(duì)聲音同步化編碼的缺乏。動(dòng)物的生物聲納和人類(lèi)的聲語(yǔ)言交流，被認(rèn)為是聽(tīng)覺(jué)演化的最高級(jí)，如何獲得更多有關(guān)動(dòng)物聲通訊和人類(lèi)語(yǔ)言聲交流過(guò)程中神經(jīng)元對(duì)不同模式的聲信號(hào)和聲成分反應(yīng)的機(jī)制，可以將電生理研究與分子生化方面的研究相結(jié)合進(jìn)行進(jìn)一步的證實(shí)。

多年來(lái)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)科學(xué)的研究大多集中在聲音的感知過(guò)程，以探究人類(lèi)聽(tīng)皮層對(duì)于不同的聲音信息的識(shí)別和處理過(guò)程，但是我們不可能打開(kāi)人腦直接研究其中每一個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的功能，因此只能在合適的動(dòng)物模型上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通常的辦法是將動(dòng)物全身麻醉后實(shí)施開(kāi)顱手術(shù)，將微電極插入皮層相關(guān)區(qū)域，記錄每個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的放電活動(dòng)。通過(guò)研究神經(jīng)細(xì)胞對(duì)各種聲音的反應(yīng)情況，來(lái)探討聲音信號(hào)在腦內(nèi)的表達(dá)及傳遞機(jī)制，因而這一傳統(tǒng)方法的有效性受到了質(zhì)疑[56-57]。為了解決這一問(wèn)題，有研究者在動(dòng)物麻醉?xiàng)l件下在聽(tīng)皮層植入多通道微電極，待動(dòng)物恢復(fù)后在完全清醒的條件下，記錄聽(tīng)覺(jué)皮層神經(jīng)元的電活動(dòng)。利用這一技術(shù)發(fā)現(xiàn)了許多麻醉動(dòng)物腦內(nèi)觀察不到的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)機(jī)制。目前這一技術(shù)已經(jīng)逐漸成為國(guó)際上聽(tīng)覺(jué)皮層研究的主流。但是，關(guān)于聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)生理學(xué)方面，很少的研究將神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)的分析和自然聲音(大多是復(fù)雜聲音)引起的行為結(jié)合起來(lái)。最近幾年一些歐美實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始嘗試訓(xùn)練猴子聽(tīng)到不同的聲音時(shí)做出不同動(dòng)作(按下或放開(kāi)拉桿，向左或向右注視)，以此來(lái)測(cè)試猴子對(duì)特定聲音變量的認(rèn)知能力，并同時(shí)記錄大腦單個(gè)神經(jīng)元的電活動(dòng)。這一實(shí)驗(yàn)方法用于研究視覺(jué)皮層功能區(qū)的神經(jīng)元在動(dòng)物識(shí)別各種視覺(jué)參數(shù)(方向、對(duì)比度、顏色及運(yùn)動(dòng))過(guò)程中的作用。Dong等[25]以貓為動(dòng)物模型，訓(xùn)練貓學(xué)會(huì)對(duì)不同重復(fù)率的click聲音刺激做出不同的行為反應(yīng)Go(舔給食管)/No-Go(不舔給食管)，同時(shí)在該種聲音刺激下記錄大腦皮層單個(gè)神經(jīng)元的電活動(dòng)，然后將同一動(dòng)物的行為反應(yīng)結(jié)果和電生理數(shù)據(jù)相對(duì)照，發(fā)現(xiàn)AI區(qū)神經(jīng)元的放電頻率對(duì)click重復(fù)率的編碼與行為學(xué)反應(yīng)的關(guān)系更為密切。Lemus等[58]在利用猴子完成區(qū)分不同音頻的聲音的任務(wù)時(shí)，同時(shí)記錄AI區(qū)神經(jīng)元的放電活動(dòng)，也得出了相似的結(jié)論。Cohen等[59]最近也提出，直接研究神經(jīng)元電活動(dòng)和動(dòng)物聽(tīng)覺(jué)行為反應(yīng)的相關(guān)性是聽(tīng)覺(jué)研究未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要方向。

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2015-05-22

2015-08-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(30970979)

蘇麗曄(1989-)，女，山東濟(jì)南人，醫(yī)學(xué)碩士。E-mail:suliyecmu@163.com

馬蘭蘭 E-mail:haizhilan_ll@163.com

蘇麗曄，馬蘭蘭.click音刺激下的聽(tīng)皮層神經(jīng)元活動(dòng)[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版，2015，34(6)：1012-1018.

R338.3

A

1671-6264(2015)06-1012-07

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.06．035