訊息選擇有次序,大腦內建聲音過濾放大系統?

作者 | 發布日期 2018 年 10 月 07 日 0:00 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

仔細回想一下,平常生活中,比起自己的腳步聲,我們是不是更容易注意到別人向你走來的腳步聲?照理說自己的腳步聲離自己最近,應該會聽得最清楚才對,這是為什麼呢?



一項在老鼠身上進行的新研究發現,小鼠大腦能自動忽略自己的腳步聲。研究人員在《自然》(Nature)雜誌表示,這樣的能力可協助老鼠更清楚聽到周遭環境的其他聲音。將這項結果進一步延伸:我們的大腦可能也配備過濾噪音的功能,可幫助我們忽略自己的腳步聲或嘎吱作響的咀嚼聲。

杜克大學(Duke University)神經生物學教授理查德‧穆尼(Richard Mooney)表示:「對在田野行動的老鼠來說,聽到貓的腳步聲比聽到自己的更好」。

穆尼和團隊用老鼠來研究「聲學虛擬實境系統」(acoustic virtual reality system)。他們將微小電極植入老鼠的聽覺皮層(auditory cortex),也就是大腦處理聲音的區域,讓老鼠在顯微鏡下的跑步機上跑步,以便拍攝大腦的 live 圖像。

為了觀察大腦處理聲音與動物運動之間的相關性,研究人員創造了人工腳步聲,也就是老鼠在野外不會聽到的聲音。隨著老鼠每走一步,研究人員都會播放一個短而高的音調。「想像一下老鼠正在一架小鋼琴上面跑,但每個鍵都發出完全相​​同的音調。」穆尼形容。

經過兩到三天,老鼠走了不下數千次步伐後,穆尼和團隊發現,聽覺皮層的活動減少了。 但是當研究人員改變音調,聽覺皮層會變得更活躍。「這也可以解釋為什麼當你穿著平常不穿的厚重靴子時,你會更清楚聽到自己的腳步聲。」穆尼說。

「經驗可以塑造大腦如何抑制運動引起的可預知感覺。」他說。

這些影像和測量顯示運動皮層(motor cortex),也就是掌管運動相關資訊的大腦區域,與聽覺皮層之間有強烈耦合。訓練期間,運動皮層漸漸形成突觸(synapse),與聽覺皮層產生連接。所謂突觸就是神經元之間,或神經元肌細胞腺體之間傳遞訊息的特異性接頭。這些連接最終能當作噪音過濾器。

▲ 思覺失調症患者的神經元。(Source:Dr. Kristen Brennand / Salk Institute for Biological Studies)

怎麼做到的呢?首先,由運動皮層的抑制性神經元(inhibitory neurons)或腦細胞發出訊號,這個訊號能抑制聽覺皮層的神經元,使之無法發出讓我們意識到聲音的訊號,也就是過濾掉特定聲音了。「這個過程非常快,意味著取消訊號與大腦發布運動命令是同時進行。」穆尼說。

研究人員還發現,和未經訓練的老鼠比起來,經過訓練得以忽略自己腳步聲的老鼠,運動時更能檢測出異常或新的聲音。穆尼認為這個結果可轉應用在人類身上。雖然人類的皮質比老鼠更發達,但「運動皮層和聽覺皮層之間的基本腦結構存在於所有研究過的哺乳類動物」,他說。

老鼠不會彈鋼琴,對牠們而言,抑制自己聽到自我運動造成的聲音是為了生存,例如更能注意到潛在掠食者。

對人類來說,情況也可能如此,但這種聽覺調適也能幫助人們參與複雜的活動,像是學會說話、演奏樂器或唱歌。這種系統可訓練大腦對演奏或唱歌的旋律有預期,一旦結果和期待不同,你便能敏銳感覺到。

「進一步了解這個系統對精神病的研究是有幫助的。」穆尼表示。例如,思覺失調症(Schizophrenia)是一種慢性衰弱的精神疾病,患者可能出現幻覺(hallucination)和妄想(delusion)。幻覺通常是聽到聲音或看到東西,而妄想是種錯誤的信念。

其中,聲音的幻覺被認為是由大腦壞掉的預測電路所引起,換句話說,即使在沒有外部聲音觸發的情況下,聽覺腦細胞還是會活化,而不會有效抑制。因此對這個聲音抑制系統的研究,或許能對精神疾病的治療有所貢獻。

(首圖來源:pixabay