Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 108: как и зачем в мозге работает подавление шума

В наш мозг встроена функция, позволяющая нам игнорировать повторяющиеся звуковые стимулы, как на примере мышей выяснили исследователи из из Медицинской школы Университета Дьюка и Нью-Йоркского университета. Об этом они рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature.

Credit: Unsplash

Как выживать в среде, где нас окружает множество различных звуков? Выход только один – приспосабливаться к одним, не несущим важной для нас информации, и выделять из общего «хора» другие. Однако, как именно и где это происходит в мозге, оставалось непонятным.

Для того, чтобы выяснить детали внутреннего шумоподавления, исследователи обучали 11 мышей двигаться по беговой дорожке, воспроизводя в такт их шагам звуки, совершенно непохожие на звук обычных движений лапок. Голову животных крепили с помощью специальной аудиовизуальной системы, расположенной над движущимся полотном дороги, и в то время, пока перед их глазами шел видеоряд, мозг учился воспринимать неестественные звуки в качестве обычных и повседневных.

Помимо прочего, ученые c помощью электродов, вживленных в кору мышей, записывали активность слуховой коры и обнаружили, что если сначала нейроны активно откликались на непривычные сигналы, то со временем почти полностью стали их игнорировать. Причем, «давился» отклик даже на звуки, отличающиеся от исходного на половину октавы. При этом отклик на тот же сигнал, когда мышь находилась в покое или отдыхала, сохранялся, как и на любой новый неожиданный звук.

Гистологически кора полушарий большого мозга разделена на шесть слоев клеток, которые условно можно поделить на верхние – супрагранулярные (1-4 слои), и нижние – инфрагранулярные (5-6 слои). Если верхние представляют собой приемники первичной информации, то нижние отвечают за ее «выход» и отправку в другие отделы мозга. Так вот, ученые выяснили, что в основном шумоподавление происходит по большей части именно в инфрагранулярных слоях клеток слуховой коры (височные области).

Исследователи решили проверить, насколько их гипотеза подтверждается, и провести еще одну, контрольную серию экспериментов, в которой уже обученные другому звуку мыши слышали во время ходьбы его же, либо какой-то другой звук. Оказалось, что сигнал, уже ассоциирующийся у грызунов с шагами, воспринимался и распознавался во время движения гораздо хуже, чем новый. Но вот в состоянии покоя оба сигнала воспринимались одинаково.

Ученые считают, что игнорирование звука собственных шагов для животных – защитная реакция, которая позволяет им оставаться на чеку даже во время движения, чтобы не упустить звук, исходящий от потенциального хищника. Людям же функция шумоподавления помогает успешно понимать речь и прочие звуковые стимулы, уметь абстрагироваться от излишней зашумленности, если создаются такие условия, и, например, петь или играть на музыкальных инструментах в коллективах.

«Когда мы учимся говорить или играть музыку, мы предсказываем звуки, которые планируем услышать – например, когда готовимся нажать клавишу пианино – и сравниваем их с реальным результатом. Несоответствия между ожиданиями и реальностью мы используем для того, чтобы подкорректировать свою игру – и со временем у нас получается все лучше, так как мозг пытается минимизировать эти ошибки», – пишут авторы.

Текст: Анна Хоружая

A cortical filter that learns to suppress the acoustic consequences of movement by David M. Schneider, Janani Sundararajan & Richard Mooney in Nature. Published September 2018 https://doi.org/10.1038/s41586-018-0520-5

Читайте материалы нашего сайта в FacebookВКонтактеЯндекс-Дзен и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.