Исследователи, которые описывают их эксперименты в выпуске 3 декабря журнала Cell, показывают, как волосковые клетки во внутреннем ухе могут быть активированы в отсутствие звука. «Многоступенчатый процесс, который мы раскрыли, напоминает мне об изобретении Рьюба Голдберга», говорит Дуайт Бергльз, доктор философии, преподаватель нейробиологии в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса, ссылке на строительство Голдбергом сложных устройств, чтобы выполнить на вид простые задачи. «Клетки во внутреннем ухе эксплуатируют систему, используемую для выделения жидкости в других органах, чтобы моделировать эффект звука, прежде чем слушание начнется, готовя их к реальному соглашению».Нормальное слушание у большинства млекопитающих, Бергльз говорит, является многоступенчатым процессом, который начинается со звуковых волн, поражающих барабанную перепонку, которая передает энергию заполненному воздухом среднему уху и его трем крошечным костям.
Тогда жидкость во внутреннем ухе вибрирует на соответствующей электрической частоте, которая сгибает «антенны» просто правильных «волосковых клеток», заставляя их освободить химических посыльных, которые говорят соседним нервам стрелять. Тот сигнал тогда едет в мозг, где это интерпретируется как конкретный звук.Ученые, Бергльз говорит, уже знали, что волосковые клетки и поблизости «поддержка» клеток в развивающемся внутреннем ухе показывают синхронные взрывы деятельности, которые вызваны выпуском «энергии» химическая ATP, которая также используется в качестве мощного коммуникационного сигнала.
Эта деятельность тогда передана мозгу таким же образом, что вызванная звуком информация, ведя, чтобы разорвать увольнение нейронов в различных слуховых центрах мозга. То, что было неизвестно, было то, как ATP активирует волосковые клетки.
Чтобы узнать, Bergles и его команда сконцентрировались на биохимических элементах системы и нашли, что ионные каналы хлорида в клетках поддержки казались крайне важными. Они знали, что ATP вызывает повышение уровней кальция в поддержке клеток, таким образом, они предположили, что кальций был сигналом к активированному кальцием каналу хлорида, чтобы открыться.
Анализ активности гена в клетках поддержки указал на участие канала хлорида TMEM16A, и они нашли высокий уровень этого канала в поддержке клеток, которые окружают внутренние волосковые клетки. Эксперименты у мышей показали, что, когда этот канал был удален из поддержки клеток или заблокирован с наркотиками, непосредственное возбуждение волосковых клеток уменьшилось.
Далее биохимические тесты, объединенные с электрическими записями и отображением изменений кальция во внутренних ушах мышей, позволили команде соединять полную цепь событий. Во-первых, поддержка клеток освобождают ATP, продвижение к самостимуляции их собственных рецепторов ATP, вызов увеличения уровней кальция в клетках.
Это повышение кальция открывает каналы TMEM16A, чтобы освободить хлорид, который также вытаскивает ионы калия и воду. Калий, который выпущен во время этих событий, активирует волосковые клетки, стимулируя нервные клетки, с которыми они сформировали слабые связи.Именно это соединение, говорит Бергльз, который, как думают, стабилизируется, связи помогают мозгу понять звуки. «Этот шаг происходит в течение первых двух недель после рождения у мышей и крыс, когда среднее ухо все еще заполнено жидкостью, и вне звуков не может достигнуть внутреннего уха».
Он добавляет: «Волосковые клетки устроены в линии и отвечают на различные частоты на основе своего местоположения, как ключи на фортепьяно. Их связь с соседними нервными клетками усилена каждый раз, когда волосковая клетка активирована и заставляет свою нервную клетку партнера стрелять». Когда мозг получает сигнал от волосковых клеток около входа внутреннего уха, он говорит, это «слышит» высокий звук; когда сигнал прибывает из дальше в, он «слышит» более глубокий звук.«Есть красота к этому по-видимому чрезмерно сложному процессу», говорит Бергльз. «Это использует возможности клеток новым способом вызвать деятельность нервной клетки.
Мы думаем, что это помогает установить и усовершенствовать связи между ухом и мозгом так, чтобы животные могли правильно услышать звуки, как только они выставлены им».Поскольку мыши не могут сказать исследователям, если они слышат что-нибудь, исследователи могут только предположить, что они делают на основе деятельности, которой они делают запись в слуховых центрах мозга. Бергльз говорит, что их исследование предполагает, что эти «звуки» могли бы быть восприняты как единственные тоны, играемые по очереди, что-то как тесты системы экстренного реагирования.
Он говорит, что самодельные звуки для уха, что машина ватина для бейсболиста. «У машин нет всего богатства и непредсказуемости питчера, бросающего шар, но они, тем не менее, помогают игрокам подготовиться к большому событию».Хотя этот процесс самостимуляции исчезает после того, как слушание начинается, Бергльз говорит, что, если этот путь был повторно активирован после травмы, это могло бы привести к звону в ушах, или «звонящий» в ухе.
Далее понимание этой ранней передачи сигналов, он говорит, может привести к новым стратегиям улучшения интеграции и выполнения кохлеарных внедрений и ускорения выздоровления от вызванной звуком травмы.