Клетки ствола мозга, лежащие в основе локализации звука, сравнивают сигналы в двух ушах и могут при этом останавливаться. Это показали исследователи из Лаборатории слуховой нейрофизиологии в Лёвене, которые первыми получили как входящие, так и исходящие электрические сигналы этих клеток у монгольских песчанок.
Как узнать, где в космосе находится источник звука? Наш мозг вычисляет его местоположение, вычисляя разницу между сигналами, которые достигают наших двух ушей. Профессор Филип Джорис из лаборатории слуховой нейрофизиологии: "Звук источника справа от вас достигает обоих ушей, но звук в правом ухе поступает немного раньше и немного более интенсивен, чем звук в левом ухе. Наш мозг вычисляет и интерпретирует такие различия в интенсивности и времени прибытия между двумя ушами. Люди особенно чувствительны к разнице во времени: мы можем обнаружить разницу в 100 раз меньшую, чем тысячная доля секунды."
Звук стимулирует нашу улитку в форме улитки во внутреннем ухе, которая передает электрические импульсы через слуховой нерв клеткам ствола мозга, которые, в свою очередь, сравнивают звуки в двух ушах. "Ствол мозга содержит массив гиперспециализированных ячеек, каждая из которых предпочитает определенную разницу во времени. Например, одна клетка может реагировать на звуки прямо перед нами, которые достигают обоих ушей одновременно, в то время как другая клетка может реагировать на звуки с нашей стороны, которые достигают ушей с разницей во времени в полмиллисекунды. В зависимости от того, какая ячейка активна, мы знаем, где находится источник звука в космосе. Но то, как клетки вычисляют эту разницу во времени, было вопросом предположений, потому что изучать эти клетки в стволе мозга чрезвычайно сложно."
До сих пор считалось, что эти клетки функционируют как детекторы совпадений. Представьте себе снова звук справа: ваше правое ухо получает звук первым, а левое ухо – немного позже. Обычно считалось, что где-то на пути от уха к стволу мозга эта разница во времени компенсируется:.грамм. путем замедления сигнала от правого уха, чтобы сигналы от двух ушей попадали одновременно в стволовые клетки мозга, которые затем запускали электрический импульс.
Во время своей докторской работы д-р. Тому Фрэнкену впервые удалось проверить эту гипотезу, вставив тонкий электрод в клетки ствола мозга, чтобы записывать как входящие, так и исходящие сигналы. Он заметил, что при стимуляции с их предпочтительной разницей во времени входящие сигналы не обязательно совпадали. Клетки могли получать сигнал с одной стороны, чуть позже – с другой, и только после этого выдавать электрический импульс. "Эти клетки останавливаются и запоминают, что их активирует одно ухо, и могут дождаться сигналов, исходящих из другого уха, прежде чем испускать электрический импульс. Другими словами, эти клетки играют более активную роль в сравнении времени, чем считалось."
Это фундаментальное исследование важно для разработки слуховых аппаратов и кохлеарных имплантатов. По словам Джориса: "Эти слуховые протезы совершили революцию для пациентов с нарушениями слуха, но они далеки от совершенства. Пациенты испытывают серьезные трудности с локализацией источников звука и фильтрацией фоновых звуков, задачами, в которых обнаружение крошечной разницы во времени между ушами является ключевым элементом. Это исследование песчанок помогает нам понять, как мозг выполняет эти задачи."