Нейрофизиологи выявили в головном мозге клеточную структуру, которая позволяет отличать тон от шума, и предположили, что она помогает выделять речь в потоке случайных звуков. Также им удалось определить роль нейромедиатор ацетилхолина в этом процессе.
Все звуки делятся на тоны и шумы. Тоном называется звук с колебанием с постоянной или закономерно изменяющейся по времени частотой, а шумом – с неритмическими колебаниями. Пример тоновых сигналов – гласные звуки, возникающие при ритмичных колебаниях голосовых связок. Шумы создаются непериодическими колебаниями струи воздуха, выходящей из легких, и превращаются в глухие согласные. Звонкие согласные образуются при слиянии шумов и тонов. Благодаря тональным свойствам речи мы легко отличаем ее в потоке шума, выделяя, например, слова из множества звуков на улице.
Как выяснили исследователи из США и Германии, различать шум и тональное звучание помогают нейроны из области головного мозга, называемой медиальным ядром трапециевидного тела (medial nucleus of the trapezoid body, MNTB). Это структура представляет собой совокупность нейронов ствола мозга и, как уже было известно ранее, помогает определить источник звука.
Ученые также определили, что важную роль в выделение тоновых сигналов играет нейромедиатор ацетилхолин.
Ацетилхолин делает для нас многое: обеспечивает сокращения мышц, активизирует работу желудочно-кишечного тракта, тормозит работу сердца, сужает зрачки, поддерживает баланс сна и бодрствования, отвечает за внимание и обучение. Это исследование стало первым физиологическим подтверждением того, что ацетилхолин влияет на кодирование акустической информации в медиальном ядре трапециевидного тела.
Нейрофизиологи провели эксперимент на 26 мышах-песчанках (Meriones unguiculatus). Ученые подключили с помощью трубок к наружному слуховому проходу мышей наушники и подавали в них акустические сигналы.
Одновременно с этим регистрировались реакции нейронов медиального ядра трапециевидного тела. Для этого внутрь мозга песчанок поместили микроэлектрод, точно подводя его к нужным структурам. К электроду исследователи прикрепили микропипетку с размером наконечника 15-25 мкм, с помощью которой доставляли вещества-антагонисты к рецепторам ацетилхолина, в нужный момент блокируя их. Затем ученые регистрировали ответ нейронов медиального ядра трапециевидного тела при звучании тонального или шумового стимула.
С помощью эксперимента удалось подтвердить, что успешный клеточный ответ на тоновые сигналы зависит от модуляции, вызванной ацетилхолином. Для подтверждения точности попадания в клетки-мишени ученые окрасили ткани исследуемой структуры флуоресцентным красителем (“Fluoro-Gold”).
Исследование показало, что именно ацетилхолин улучшает распознавание слабых звуковых сигналов и помогает выделять тональные звуки при шумовом фоне. Ученые также предполагают, что описанный механизм схож с выделением человеческим мозгом речи из шума.
Исследование опубликовано в журнале The Journal of Neuroscience.
Текст: Вера Васильева