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Nature:大脑刺激,加速声音感知和学习

2022-12-23 18:12:00·146 浏览健康频道
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  研究人员发现,刺激与警觉性相关的神经元有助于植入人工耳蜗的大鼠学会快速识别曲调。研究结果表明,大脑中蓝斑位点(LC)的活动可以改善失聪啮齿动物的听力。研究人员表示,这些发现对于理解大脑如何处理声音非常重要,但他们警告说,这种方法距离帮助人们还有很长的路要走。

  “这就像我们给他们喝了一杯咖啡,”纽约大学医学院耳鼻喉科医生Robert Froemke说,他是这项研究的合著者,该研究发表在12月21日的《Nature》杂志上。

  人工耳蜗植入技术在称为耳蜗的内耳区域使用电极,严重或完全听力损失的人耳蜗会受损。该装置将声音转换为刺激听觉神经的电信号,大脑学会处理这些信号,从而理解听觉世界。

  一些植入人工耳蜗的人在植入设备的几个小时内就学会了识别语音,而另一些人则需要几个月或几年的时间。“自人工耳蜗出现以来,这个问题就一直存在,而且没有任何解决的迹象,”洛杉矶南加州大学的Gerald Loeb说,他帮助开发了第一批人工耳蜗。

  研究人员表示,一个人的年龄、听力损失的持续时间以及植入物中处理器和电极的类型不能解释这种差异,但表明大脑可能是差异的来源。“这有点像黑匣子,”马萨诸塞州波士顿哈佛医学院的耳鼻喉科医生Daniel Polley说。以往的研究大多集中在改进人工耳蜗装置和植入程序上。Polley说,试图提高大脑使用设备的能力,为改善耳朵和大脑之间的交流开辟了一条途径。

  为了探索这种关系,研究小组训练了16只大鼠对音乐做出反应。当听到特定的曲调时,动物们可以把鼻子伸进盒子里来获得奖励。当它们听到其他曲调时,食物就不会出现了,大鼠也学会了不去戳鼻子。

  然后,研究人员通过手术使大鼠耳聋,并在大鼠的耳朵里植入了一个装有8个电极的人工耳蜗,每个电极都编码一个曲调。作者重复了这个任务,但这一次,当研究人员刺激电极时,动物会听到与食物奖励相匹配的曲调。

  作者报告说,15天后,大鼠都学会了区分提供奖励的曲调和没有奖励的曲调。研究人员注意到,当动物对曲调做出正确反应时,LC神经元的活动增加,而当它们随机戳和犯错时,LC神经元的活动减少。

  虽然LC不是听觉系统的一部分,但它为听觉系统提供神经递质去甲肾上腺素,提高警觉性;LC在认知、学习、记忆和注意力方面也有作用。当LC在整个听觉系统和大脑的学习和注意力回路中释放去甲肾上腺素时,这就加速了听觉信号的学习和处理。

  在另一项测试中,作者刺激了一组大鼠的LC,而另一组大鼠没有。没有受到刺激的动物花了9天完成任务,而受到刺激的LC动物只花了3天就学会了。Froemke对LC在帮助动物使用人工耳蜗方面的强大功能感到惊讶。“每只接受植入的动物都学得很好。”

  研究人员警告说,刺激人类的LC可能是危险的。该区域向大脑的许多区域发送信号,并调节战斗或逃跑反应。刺激人的LC“会提高血压和心率,并[诱发]其他自主神经反应,我们必须做一系列实验来证明这是值得做的事情。”

  还有其他方法可以让大脑回路与设备一起工作,比如在耳蜗水平上引入神经递质,这要安全得多。Froemke说,在未来,使用技术来改善听力感知的工具可能会连接到人工耳蜗,人们可以用它来训练自己。

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