复杂声环境下大脑听皮层神经元对声音空间信息的动态编码

在自然环境中，各种听觉信息总是处于动态变化的复杂声环境中。已有的有关大脑听神经元对声音空间方位编码的研究主要是在安静条件下进行的，本项目侧重于研究复杂声环境下大脑听皮层神经元对声音空间信息的动态编码。采用电生理学方法，通过比较在安静条件下和在不同声环境下听皮层神经元的听空间反应域（以放电数和反应潜伏期为指标）、空间方位选择性随声环境变化而改变的规律，探索在复杂声环境下听皮层神经元对声音空间信息的编码机制。用微电泳方法研究复杂声环境对听皮层神经元编码声音空间信息影响的神经递质、受体特性、神经环路。用在体细胞内记录的方法，研究在安静条件和噪声环境下听皮层神经元对来自不同水平方位声刺激反应的膜电位的变化规律，分析噪声环境下听皮层神经元编码声音空间方位的细胞内机制。实验结果将检验本项目提出的"听皮层神经元的抗干扰功能假说"，为揭示在自然声环境下大脑对听觉信息编码的原理提供实验依据和理论依据。

在复杂声环境中，人和动物对目标声音的感知依赖于听觉系统从有竞争声的环境中对目标声音进行精确定位、提取与编码。本研究考察了在动态声环境下大鼠听皮层神经元对目标声刺激的空间方位信息以及频率信息的动态编码机制；也考察了在听觉发育过程中由于声环境变化诱导的听皮层神经元听空间敏感性的可塑性，以及听空间分辨训练对发育过程中由于噪声环境导致的听空间敏感性缺陷的修复及其相应的神经机制与分子机制。结果发现，在超前噪声和背景噪声条件下，大鼠听皮层绝大多数神经元听空间反应域的范围缩小，并伴随着放电数的减少和听反应潜伏期的延长，但一部分神经元对来自偏好听空间方位声刺激的反应受噪声的影响最小，对来自非偏好空间方位的声刺激的反应受噪声的影响较大。在超前噪声结束后一段时间内，与神经元对来自非偏好听空间的声刺激的反应相比，神经元对来自偏好听空间的声刺激的反应首先得到恢复。这样，听皮层神经元可能通过维持对偏好听空间信息编码的相对稳定来对抗复杂环境声的干扰，从而实现对目标声刺激的空间方位信息的编码。听皮层神经元对目标声刺激频率的调谐受到超前声的动态调制，调制的程度既与超前声的频率、强度、以及超前声和目标声的间隔时间有关，也与听皮层神经元自身的频率调谐特性有关。在超前声和弱背景噪声条件下，一部分神经元对声刺激频率的选择性提高，而其特征频率未发生显著改变，表现出对抗环境声干扰的特性。在听觉发育关键期的丰富环境能提高大鼠听皮层神经元对听空间方位的敏感性，该变化在丰富环境暴露结束后仍能维持至少两个月，并伴随着听皮层抑制性受体（GABA）和兴奋性受体（NMDA和AMPA）亚单位表达的相应改变。在大鼠听觉发育关键期给予中等强度的噪声暴露，可导致其成年时对声刺激空间方位分辨能力的下降和听皮层神经元对声源方位选择性的降低，然而听空间分辨的训练能使这种发育过程中噪声导致的听空间分辨的缺陷得到修复，修复的结果可从大鼠的听空间分辨行为表现、以及听皮层GABAA和AMPA受体亚单位表达的变化反映出来。该研究结果为揭示大脑听皮层如何从复杂的声环境中提取目标声信息、以及环境和训练诱导的听皮层神经元听空间敏感性的可塑性提供了重要证据。

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