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人类听觉神经元的惊人灵敏度与频率辨别能力

2008-01-28 23:53 Itzhak Fried及其同事 《自然》杂志 阅读 0
核心摘要: 最新研究揭示了人类听觉神经元在声音频率辨别中的惊人灵敏度,显示其在极微小频率差异检测中的能力远超其他哺乳动物。研究还探讨了耳蜗发育的遗传机制,为耳聋研究提供了新线索。

人类的耳朵非常精巧,能够辨别不同的声音频率,无论这些音调是高还是低,是近还是远。根据美国加州大学洛杉矶分校的神经外科教授Itzhak Fried及其同事在2023年1月10日《自然》杂志上发表的最新研究,人类大脑中的单个听觉神经元对非常窄的声音频率范围(一个音阶的十分之一)具有惊人的选择性。

研究表明,这种神经元在鉴别声音频率的最轻微差异方面的能力超过了人类听觉神经灵敏度的30倍。人类听觉皮层接收到的这种频率明显优于其他非人类哺乳动物(除了蝙蝠)。

有趣的是,研究人员指出,即使没有接受过音乐训练的人的听觉神经元也能检测出外周听觉神经无法识别的极微小频率差异。与其他外围神经(如皮肤中的神经)相比,人类在听觉方面的灵敏度超出了任何外周神经元的能力。

在实验中,研究人员将电极移植到受试者的大脑不同位置,包括可能与抓狂有关的区域和听觉皮层。当患者听到人为制造的不同曲调的随机合音时,研究人员记录了其大脑活动。测试结果显示,人类的单个听觉神经元在辨别极其细微的频率差异时,展现出惊人的分辨力。

研究人员评价称,这项研究是神经生物研究力量的最新典范,利用来自活人大脑的单神经元水平的数据进行研究。该实验室之前的研究已鉴定出人类海马体中负责导航的单个神经元以及能够翻译不同视觉图像的单个细胞等。

此外,早在2005年,《自然—遗传学》上的一篇论文曾在弄清听觉形成的遗传途径方面取得进展,详细描述了耳朵中听觉毛细胞(sensory hair cells)形成独特形状的过程。耳蜗中的毛细胞能够将声波形式的机械振动转化为化学信号,并传递给大脑。

Emory大学医学院的陈萍博士及其同事发现,耳蜗和毛细胞的发育依赖于一个名为PCP(planar cell polarity)的遗传途径。该发现可能帮助研究人员了解耳聋的分子和遗传基础,并为恢复听觉的研究提供重要线索。

在过去的20年中,研究人员已弄清毛细胞特殊的不对称形状是其正常功能的关键部分,但尚不清楚哪个基因与耳蜗中这种不对称形状的形成有关。利用小鼠模型,陈博士及其研究组发现PCP途径与耳蜗和听觉毛细胞的形成密切相关。该基因途径中的突变会影响耳蜗的形状和听觉毛细胞的极化。

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