Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Нейрональные механизмы обработки спектральных дирекционально-значимых изменений в звуковых сигналах
ВАК РФ 03.00.13, Физиология
Автореферат диссертации по теме "Нейрональные механизмы обработки спектральных дирекционально-значимых изменений в звуковых сигналах"
На правах рукописи
МАЛИНИНА Евгения Сергеевна
НЕЙРОНАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ОБРАБОТКИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ДИРЕКЦИОНАЛЬНО-ЗНАЧИМЫХ ИЗМЕНЕНИЙ В ЗВУКОВЫХ СИГНАЛАХ
03.00.13 - Физиология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Санкт-Петербург 2004 г.
Работа выполнена в Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
Научный консультант
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор И.А. Вартанян
член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор Я.А. Альтман
доктор биологических наук Ю.Д. Кропотов
доктор биологических наук, профессор ГА. Куликов
Ведущая организация - Государственный научный Центр РФ - Институт медико - биологических проблем РАН.
Защита состоится ». 2004 г. в УУ часов на заседании
Диссертационного совета Д.002.127.01 по защите докторских диссертаций при Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН (194223, Санкт-Петербург, пр. М. Тореза, 44).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН.
Автореферат разослан ». .2004 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета доктор биологических наук, профессор
& А
Н. Маслова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы Локализационная функция слуховой системы, лежащая в основе анализа акустического пространства, является широко исследуемой и, тем не менее, оставляющей ряд нерешенных вопросов, областью физиологии слуха. Слуховая система, участвующая наряду со зрительной в ориентации человека и животных во внешней среде, оказалась изученной значительно меньше последней с точки зрения нейрофизиологических механизмов пространственного анализа. Вместе с тем, способность слуховой системы обеспечивать высокую точность пространственного восприятия неподвижного и движущегося источника звука, продемонстрированная в многочисленных психофизических экспериментах (обзоры Альтман, 1983, 1990; Middlebrooks, Green, 1991), предполагает соответствующую реализацию на нейрональном уровне. При том, что проблема механизмов пространственной стационарной и динамической избирательности нейронов слуховых центров недостаточно разработана в целом, весьма различен уровень знаний о возможностях нейронов локализовать источник звука в трех плоскостях акустического пространства. Так, основные закономерности обработки слуховыми нейронами пространственной информации были получены при исследовании азимутальной чувствительности нейронов, обеспечиваемой бинауральными признаками локализации - интерауральными различиями стимуляции по времени/фазе и интенсивности (Альтман 1968, 1972, 1983; Phillips, Brugge 1985). Достаточно подробно описана способность нейронов оценивать приближение и удаление источника звука на основе амплитудной модуляции сигналов (Вартанян,1978). Вместе с тем, исследования нейронального монаурального спектрального механизма, критичного для локализации источника звука по вертикали, появились сравнительно недавно (Imig et al., 1997, 2000; Nelken, Young 1994; Poon, Brugge, 1993a; Samson et al., 1993, 2000; Spirou, Young 1991; Xu et al., 1998; Xu, Middlebrooks, 1999) и пока не решили проблемы анализа спектральной дирекциональной информации в восходящем слуховом пути.
Основанием для исследований спектральной дирекциональной чувствительности слуховых нейронов стала концепция об использовании слуховой системой человека и животных в качестве необходимых признаков для точной локализации источника звука результатов периферического дорецепторного преобразования звуковых сигналов (Batteau, 1967). Данное преобразование обусловлено отражением и д >акцией звурвых волн туловищем i головой, но, главным образом, избирательной фильтрацивй'З^к^1 A ВДОДАьМдомм j( Batteau, 1967;
1 I Sd
Gardner, Gardner, 1973; Hofman et al., 1998; Musicant et al., 1990; Rice et al., 1992; Roffler, Buttler, 1968a; Wightman, Kistler, 1989a). Совместное влияние этих факторов выражается в амплитудном и фазовом изменении спектрального профиля сигнала и оценивается по отношению звукового давления в отсутствии субъекта к звуковому давлению в присутствии субъекта вблизи его барабанной перепонки. Результат преобразования звукового сигнала обозначается как передаточная функция от свободного поля к барабанной перепонке (в английской терминологии - Free-field to Eadrum Transfer Function) или как передаточная функция головы (Head-related Transfer Function). Спектральные максимумы и минимумы ("пики" и "вырезки1") в передаточной функции головы, являющиеся следствием усиления и ослабления отдельных частотных компонентов внутри широкополосного сигнала, перемещаются по частотной шкале при изменении положения источника звука в пространстве (Musicant et al., 1990; Rice et al., 1992; Shaw, 1982). Они определяются как спектральные дирекциональные признаки. Большую связь с положением источника звука проявляют спектральные вырезки (Musicant et al., 1990).
Локализационная значимость (особенно в медианной вертикальной плоскости) спектральных пиков и вырезок неоднократно обосновывалась в психофизических исследованиях (Bloom, 1977; Hebrank, Wright 1974; Hofman, Van Opsta), 2002; Rogers, Butler, 1992; Middlebrooks, 1992). Однако, каким образом обрабатываются дирекциональные спектральные признаки в центрах слуховой системы, известно крайне недостаточно. Так, чувствительность к стационарным спектральным вырезкам в широкополосном сигнале охарактеризована лишь на уровне волокон слухового нерва и нейронов кохлеарных ядер (Poon, Brugge, 1993a; Spirou, Young 1991; Nelken, Young, 1994). Динамическая чувствительность к перемещению спектральных вырезок продемонстрирована на уровне волокон слухового нерва (Poon, Brugge, 1993a) и не исследовалась в слуховых центрах. В связи с важностью этих спектральных черт в ряде работ обсуждается возможность их отдельной обработки в "монауральном" восходящем пути, берущем начало от дорсальных кохлеарных ядер (Imig et al., 2000; May, 2000). Подразумевается, что монауральные дирекциональные нейроны основывают пространственную чувствительность на результатах фильтрации звуков, выполняемой первоначально каждым ухом
1 Термин 'вырезка" или 'шум со спектральной вырезкой'соответствует английскому "notch-noise" и обозначает шум, в котором вырезаны или подавлены частоты в некоторой узкой полосе спектра. В качестве синонимов в русскоязычной литературе употребляются также термины 'спектральное западение" (Альтман, 1983), 'шум со спектральным провалом" (Бибиков, Слуховая система /Под ред. Альтмана, 1990) и 'шум со спектральной прорезью" (Супин. Попов, 1997).
, 4
отдельно. При этом они могут отвечать на сигналы, предъявляемые как монаурально, так и бинаурально (Poirier et a!., 1996, 2003). В последнем случае интерауральное сравнение спектральной информации в центрах слуховой системы допускает ее использование в бинауральной системе слуха (Musicant et al. 1990). Пространственная чувствительность бинауральных дирекциональных нейронов слуховых центров первоначально основывается на межушных различиях стимуляции по времени/фазе и интенсивности и проявляется только в условиях бинауральной стимуляции.
Основная причина, по которой нейрофизиологические исследования по выяснению механизмов анализа стационарных и особенно "движущихся" дирекциональных спектральных признаков в слуховых центрах были так редки, состоит в трудности их моделирования, требующего совершенной компьютерной техники. В последние годы стало возможным тестирование локализационных свойств нейронов слуховых центров "виртуальными" стимулами (VS), синтезируемыми на основе передаточных функций головы и имитирующими преобразованный спектр звуковых сигналов, поступающих от источника звука из отдельных точек пространства (Brugge et al., 1994; Brugge, Reale, 2000; Delgutte et al. 1999; Keller et a!, 1998; Reale, Brugge, 2000; Spezio et al, 2000; Sterbing et al, 2002). Хотя использование VS стимулов привлекательно с точки зрения тестирования любой из точек акустической сферы, оно не привело к раскрытию механизма нейрональной спектральной дирекциональной чувствительности. Пространственные рецептивные поля, выявленные с помощью VS стимулов у разных животных, оказались очень большими, так что проблема пространственной селективности слуховых нейронов пока не решена даже для стационарных VS стимулов. Алгоритмы движения на основе VS стимулов только начинают разрабатываться и требуют проверки в психофизических и электрофизиологических экспериментах (Jenison et al., 1998; Jacobson et al., 2001).
Вместе с тем, теоретические модели и гипотезы, предложенные для анализа передаточных функций головы, предполагают, что индивидуальная калибровка этих функций в процессе накопления акустического опыта осуществляется не на основе всей "тонкой" спектральной структуры, но за счет главных спектральных изменений - пиков и вырезок (Middlebrooks, 1992; Neti et al, 1992; Wightman, Kistler, 1998; Zakarouskas, Cynader, 1993). Это означает, что использование сигналов, имитирующих эти изменения, может быть более полезным для исследования
спектральной дирекциональной чувствительности нейронов, чем тестирование VS стимулами.
То, что проблема анализа передаточных функций головы не может быть решена без дальнейшего накопления знаний об особенностях статической и динамической спектральной чувствительности нейронов центральных слуховых отделов ' и механизмах ее формирования, очевидно. Слуховой центр среднего мозга (задний холм) является структурой, для которой исследование этих механизмов может оказаться особенно результативным С одной стороны, задний холм - это важнейший центр, который интегрирует слуховую информацию от стволовых ядер (в том числе дорсального кохлеарного ядра, связанного с анализом монауральной спектральной информации) и участвует в локализации звука как по азимуту, так и по вертикали (Aitkin, 1986; Aitkin, Martin, 1990). С другой стороны, накоплен большой материал, указывающий на ключевую роль заднего холма в регуляции частотного разрешения и преобразовании временного представления информации на основе локального торможения (Вартанян, Егорова, 2000; Егорова и др., 2001; Kuwada et al., 1997; Le Beauetal., 1995, 1996).
В связи с изложенным, исследование особенностей реагирования нейронов заднего холма на спектральные дирекционально-значимые изменения звуковых сигналов является актуальным для раскрытия нейрофизиологических механизмов анализа спектральной информации, заложенной в передаточных функциях головы и используемой слуховой системой для локализации источника звука. Учитывая, что вопрос об участии латерального торможения в анализе статической и динамической спектральной дирекциональной информации обсуждался (Musicant et al., 1990; Poon, Brugge 1993a), но остался экспериментально не обоснованным, сопоставление пространственной спектральной дирекциональной чувствительности нейронов и баланса возбуждающих и тормозных входов их частотных рецептивных полей рассматривается как принципиально важное для понимания этого механизма.
Цель исследования.
Определить механизмы формирования чувствительности центральных слуховых нейронов к положению и направлению перемещения по частотной оси спектральных признаков, ответственных за локализацию источника звука в вертикальной плоскости. Решение проблемы включало разработку системы имитации элевационных признаков и определение параметров синтезированных шумовых сигналов - широкополосных шумов со спектральной вырезкой и полосовых шумов с варьирующей центральной частотой вырезки/полосы.
Задачиисследования
1) Исследовать чувствительность нейронов заднего холма мыши Mus musculus к широкополосным шумам со стационарной спектральной вырезкой в зависимости от положения вырезки на частотной оси; оценить особенности этой чувствительности у нейронов с различным паттерном ответа.
2) Оценить избирательность нейронов к направлению перемещения по частотной оси спектральных вырезок в широкополосном шуме.
3) Охарактеризовать свойства частотных рецептивных полей нейронов, проявляющих динамическую дирекциональную спектральную избирательность, оценить роль торможения в ее формировании.
4) Определить особенности реагирования нейронов на сигналы широкополосного шума с перемещающейся по частотной оси спектральной вырезкой в зависимости от ширины вырезки.
5) Исследовать особенности реагирования нейронов при перемещении по частотной оси полосовых шумов.
6) Выполнить сравнительный анализ механизмов чувствительности нейронов к направлению перемещения по частотной оси полосовых шумов и спектральных вырезок в широкополосном шуме.
Научнаяновизна
Впервые систематически исследованы особенности импульсных реакций нейронов слухового центра среднего мозга (центрального ядра заднего холма) на сигналы шума с изменениями в спектре, значимыми для локализации неподвижного и движущегося источника звука в вертикальной плоскости. Получены данные об избирательной частотно-зависимой статической и динамической чувствительности нейронов к сигналам, имитирующим спектральные минимумы и максимумы в передаточных функциях головы (спектральные вырезки в широкополосном шуме и полосовые шумы).
Впервые обнаружены нейроны, проявляющие чувствительность к направлению перемещения по частотной оси спектральных минимумов и максимумов. Параллельное тестирование нейронов одиночными тонами и двухтоновыми комплексами позволило решить вопрос об участии нейронов с различными паттернами ответа на тон характеристической частоты и различными свойствами частотных рецептивных полей в обработке спектральных изменений в звуковых сигналах. Обоснована роль торможения и механизма растормаживания в
формировании избирательности нейронов к положению и направлению перемещения по частотной оси спектральных минимумов и максимумов.
Установлено, что динамическая дирекциональная спектральная чувствительность среднемозговых нейронов проявляется, во-первых, в избирательном частотно- и дирекционально-зависимом снижении величины латентных периодов, их вариабельности и избирательном увеличении количества спайков в ответе; во-вторых, в смещении по частотной оси зависимостей величины латентных периодов ответов от центральной частоты спектральных изменений (и соответствующем ему смещении зависимостей количества спайков). Показано, что избирательные изменения латентности и величины ответа в большей степени характерны для тормознозависимых нейронов, рецептивные поля которых выявляют сильное влияние тормозных входов на возбуждающую область ответа.
Исследование особенностей реакций нейронов на шум со спектральной вырезкой в зависимости от ширины, положения и направления перемещения спектральной вырезки в частотном рецептивном поле позволило обосновать необходимость сближения тормозных и возбуждающих входов для формирования динамической дирекциональной спектральной избирательности нейронов.
Сопоставление реакций нейронов на 1/3-октавные полосовые шумы и широкополосные шумы с 1/3-октавной спектральной вырезкой показало сходство механизмов анализа статических и динамических спектральных максимумов и минимумов, основанное на важности ориентации и направления перемещения спектральных контрастов в звуковых сигналах относительно распределения возбуждающих и тормозных входов частотных рецептивных полей.
На основании полученных фактов выдвинута гипотеза, что временная настройка центральных слуховых нейронов на определенное положение спектральных контрастов в их частотном рецептивном поле, связанная с растормаживанием, может лежать в основе анализа спектральной информации, заложенной в передаточных функциях головы и используемой слуховой системой при локализации источника звука.
Теоретическоеи практическоезначениеработы
Теоретическая значимость проведенной работы состоит в установлении ранее не исследованных закономерностей обработки нейронами слуховых центров спектральной информации, необходимой для определения положения и направления движения источника звука. Полученные данные о наличии у нейронов слухового центра среднего мозга дирекциональной спектральной чувствительности
и роли торможения и механизма растормаживания в ее формировании являются принципиально важными для понимания способов локализации источника звука в вертикальной плоскости. Предложенная модель спектральной дирекциональной контрастной чувствительности, использующая свойства среднемозговых тормознозависимых нейронов, позволяет объяснить как психофизические, так и нейрофизиологические закономерности локализации источника звука на основе спектральных признаков передаточных функций головы. Учитывая, что нейрональный контрастный механизм является важным аспектом избирательности к положению и направлению движения стимулов в зрительной и соматосенсорной системах, обоснование частотно- и дирекционально-зависимой контрастной чувствительности слуховых нейронов представляет интерес для решения общих проблем кодирования пространственной информации в сенсорных системах. Данные исследования имеют фундаментальное значение в области физиологии слуха и включены в цикл лекций по физиологии сенсорных систем для студентов Санкт-Петербургского Государственного Университета.
Поиск нейрональных механизмов локализации движущегося источника звука на основе стимулов, имитирующих его перемещение, способствует развитию нового научного направления, особая значимость которого определяется практическими интересами в области моделирования виртуального акустического компьютерного пространства. Это направление фундаментальных исследований открывает перспективы для решения ряда прикладных проблем, таких как вопросы профессиональной подготовки операторов и медицинской реабилитации пациентов со слуховыми расстройствами.
Основные положения, выносимыеназащиту
1. Нейроны заднего холма проявляют избирательную частотно-зависимую чувствительность к сигналам шума с изменениями в спектре - широкополосным шумам со спектральной вырезкой и полосовым шумам. Такая чувствительность является основой для анализа дирекциональных признаков передаточной функции головы, критичных для локализации источника звука в вертикальной плоскости.
2. Часть нейронов заднего холма проявляет избирательную чувствительность к направлению перемещения по частотной оси спектральных вырезок в широкополосном шуме/полосовых шумов. Динамическая дирекциональная спектральная чувствительность нейронов рассматривается как механизм для анализа направления движения источника звука на основе дирекциональных признаков передаточной функции головы.
3. Стационарная и динамическая дирекциональная спектральная чувствительность нейронов выражается в избирательном снижении величины латентных периодов ответов и ее вариабельности, в увеличении количества спайков в ответе и в смещении относительно характеристической частоты нейрона зависимостей латентности и количества спайков от центральной частоты спектральных изменений в сигналах шума
4. Точность локализации слуховой системой неподвижного и движущегося источника звука на основе передаточных функций головы обеспечивается высокой чувствительностью центральных слуховых нейронов к положению и последовательному перемещению спектральных контрастов. Обострение спектральной контрастной чувствительности нейронов связано с возрастанием роли торможения и механизма растормаживания в их частотных рецептивных полях.
Апробацияработы
Результаты исследований представлены в докладах на XVII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998); международном симпозиуме "Современные проблемы физиологии и патологии слуха", Москва, 1998; 27-й международной конференции по нейробиологии, Геттинген, Германия, 1999; международном симпозиуме "Механизмы адаптивного поведения", посвященном 150-летию академика И П. Павлова, Санкт-Петербург, 1999; Всероссийских конференциях "Физиология слуха и речи", посвященных памяти чл.-корр. АН СССР Г.В. Гершуни, 2000, 2003, Санкт-Петербург; XVIII Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова, Казань, 2001.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 20 печатных работах (из которых 14 статей опубликовано в рецензируемых журналах).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, 3 глав экспериментальных данных, их обсуждения и выводов. Работа изложена на 2&Границах, содержит 60 рисунков и 3 таблицы. Библиографический указатель состоит из^источников.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объект исследования Электрофизиологическое исследование проведено на 53 мышах Mus musculus (самки гибридов CBAxC57BL/6) в возрасте 2-6 месяцев. Анестезию животных обеспечивали внутрибрюшинными инъекциями: в первом блоке опытов использовался нембутал - 80 мг/кг при проведении кранеотомии и 10-20 мг/кг в сочетании с ромпуном (3.5 мг/кг) во время опыта; во втором блоке, как во время
кранеотомии, так и во время опыта, использовалась смесь кетавета (35 мг/кг) и ромпуна (0.1 мг/кг). Во время опыта животное находилось в звукозаглушенной камере (звукозаглушение на частоте 1000 Гц составляло 30 дБ). Голова животного фиксировалась в головодержателе с помощью бруска, приклеенного (Technovit 3040) к месту сочленения носовых и лобных костей.
Регистрацию импульсной активности одиночных нейронов выполняли экстраклеточно. Электроды вводили стереотаксически в область левого заднего холма, соответствующую центральному ядру, 1.0-1.5 мм каудально и 0.8-1.5 мм латерально от Х-точки (Romand, Ehret, 1990; Stibler, Ehret, 1985). Для регистрации использовали стеклянные микропипетки, заполненные ЗМ раствором KCI (диаметр кончика электрода 1-2 мкм, сопротивление 5-10 мОм). Импульсную активность усиливали в 10000 раз (усилитель WPI DAM 80, полоса пропускания 0.3-10 кГц) и пропускали через оконный дискриминатор и формирователь импульсов (WPI 120). Ввод в XT-совместимые компьютеры осуществлялся как в форме стандартных импульсов, так и натуральной нейронограммы.
Акустическая стимуляция. Независимо от вида звуковых стимулов (тоны, шумы с различными спектральными параметрами) и способа их генерации, звуки через усилитель (Амфитон 25У-002С), аттенюатор (RA920A Kenwood) и фильтр (>3 кГц) подавали на электро-динамический излучатель (EAS-10 TH 400A). Зву ко излучатель располагался на уровне головы животного на расстоянии 80 см под углом 45° относительно среднесагиттальной плоскости (контралатерально стороне регистрации). Ось звукоизлучения была соотнесена с наружным слуховым проходом уха. Равномерность частотной характеристики излучателя составляла +/-5 дБ на частотах 3-80 кГц. Уровень звукового давления (УЗД, дБ над 20 мкПа) измерялся в точке расположения ушной раковины животного с помощью системы Брюль & Кьер: 6.5 мм калибровочного микрофона типа 4135, предусилителя 2633 и измерительного усилителя 2606. Контроль за характеристиками сигналов осуществлялся с помощью программы спектрального анализа акустических сигналов "Waterfall".
Для поиска нейронов, определения их характеристической частоты (ХЧ) и порога ответа использовали тональные посылки (генератор ГЗ-33), длительность которых составляла 200 мс, время нарастания и спадения 5 мс, частота повторения 1/с.
Экспериментальные приемы.
Тестирование нейроновшумом со стационарной спектральной вырезкой
(первый блок опытов) проведено с помощью набора из 12 шумов с вырезкой, центральная частота которой задавалась в диапазоне 5-34 кГц с шагом 1/4 октавы.
и
За стационарные принимались вырезки в шуме, центральная частота которых не изменялась при последовательном предъявлении сигналов в серии. Для вырезания частот из широкополосного шума (полоса 3-60 кГц, генератор Г2-57) использовали двухканальный аналоговый фильтр (452&852 Dual H1/LO, наклон срезов 48 дБ на октаву). Ширина вырезок составляла 1/2 октавы. Спектральный уровень в центре вырезки был на 30 дБ ниже основного уровня шума. Уровень предъявляемых шумов был в пределах 10 - 30 дБ относительно порога ответа на тон ХЧ. Ответы нейронов на тон ХЧ, широкополосный шум и шумы со спектральной вырезкой записывали через интерфейсную систему CED1401plus (программа "Spike2") на жесткий диск с последующим построением постимульных гистограмм, ширина бина 3.125 мсек, накопление по 10 ответам. Длительность сигналов составляла 200 мс, время нарастания и спадения 5 мс, частота повторения 1/с.
Тестирование нейронов шумами с динамическим спектральным компонентом (второй блок опытов) проводилось на основе специально разработанных программ, позволяющих манипулировать параметрами сигналов шума и имитировать перемещение спектральных минимумов и максимумов через диапазон частотной оси (разработчик - А.Ю. Мазинг, ИЭФБ им. И.М. Сеченова РАН). Для имитации спектральных минимумов и максимумов использовали серии сигналов широкополосного шума со спектральной вырезкой и полосового шума. Генерацию и воспроизведение сигналов осуществляли на основе цифровой платы TMS 320 СЗО D/A, встроенной в РС-486, и совмещающей ЦАП и АЦП функции. Ширина спектральных изменений составляла 1/2, 1/3, 1/6 и 1/12 октавы для вырезок в широкополосном шуме (полоса 3-55 кГц, тактовая частота 111 кГц) и 1/3 октавы для полосовых шумов. Наклон срезов составлял 40 дБ на 1/24 октавы. Глубина вырезки была ниже основного уровня шума на 40 дБ. Длительность сигналов составляла 200 мс, время нарастания и спадения 5 мс, межстимульный интервал - 540 мс. Диапазон варьирования центральной частоты вырезки в шуме/полосы шума задавался в октавных отношениях относительно ХЧ нейрона в пределах 5-50 кГц Предъявлялись серии сигналов шума со смещающейся с шагом 1/12 октавы в каждом последующем сигнале центральной частотой вырезки/полосы. Смещение происходило от низких частот к высоким, либо от высоких частот к низким.
Стимуляцию нейронов сериями шумов с вырезкой и полосовыми шумами начинали при уровне 10 дБ над порогом реакции нейрона на широкополосный шум. Серии сигналов повторялись без интервала по 5 раз для каждого из двух направлений смещения вырезки в шуме/полосы шума. Если спонтанная активность
нейрона и ответ на широкополосный шум не изменялись после тестирования, программа повторялась при других параметрах и уровнях сигналов (в пределах 0-20 дБ над порогом реакции нейрона на широкополосный шум). Ответы нейронов на широкополосный шум, на серии широкополосных шумов с вырезкой и полосовых шумов записывались через интерфейсную систему CED1401plus (программа "Spike2") на жесткий диск. Количество спайков в ответе нейрона на шум с определенной центральной частотой вырезки/полосы суммировали по 5 ответам. Строились зависимости суммарного количества спайков в ответе нейрона от центральной частоты вырезки в шуме/полосы шума при разном направлении их смещения вдоль частотной оси. Значения латентных периодов ответов нейронов определяли по латентности первого спайка от начала стимула, вычитая значение акустической задержки, равной 2.4 мс. Значения латентных периодов ответов на шум с определенной центральной частотой вырезки/полосы усредняли по 5 ответам. Строились зависимости средних значений латентности первого спайка в ответе нейрона от центральной частоты вырезки в шуме/полосы шума при разных направлениях их смещения вдоль частотной оси. Аналогичные зависимости строились для максимального и минимального значений латентности первого спайка в ответе.
Картирование частотных рецептивных полей нейронов тонами и двухтоновыми комплесами осуществляли автоматически в режиме "on-line" на базе TMS 320 СЗО D/A (программное обеспечение - Dr. Schulze-Kruger, Zentrum fur Neuroinformatik GmbH, Germany). Тональные сигналы длительностью 100 мс, временем нарастания и спадения 5 мс предъявляли с частотой 1/800 мс. Предъявление стимулов было псевдорандомизировано с шагом по интенсивности 5 дБ и шагом по частоте 1/45 от заданного частотного диапазона (в пределах 3-80 кГц, тактовая частота 200 кГц, разрешение по амплитуде 16 бит). Частотный диапазон задавался в октавной шкале относительно ХЧ нейрона. В двухтоновой парадигме один тон соответствовал ХЧ нейрона уровнем 10 дБ над порогом ответа, другой изменялся по частоте и интенсивности. На основе данных картирования были получены характеристики возбуждающей области ответа и тормозных зон в координатах частота - интенсивность стимула; определены паттерны ответов нейронов на тон и величина спонтанной активности; вычислены значения добротности частотно-пороговых кривых (отношение ХЧ к ширине
возбуждающей области ответа при уровне сигнала 10, 20 и 30 дБ над порогом ответа). Карты рецептивных полей нейронов сопоставлялись с результатами
тестирования нейронов сериями сигналов шума с вырезкой и полосовых шумов для определения положения вырезки/полосы относительно частотных областей возбуждения и торможения.
Заключение о чувствительности нейронов к положению и направлению перемещения по частотной оси спектральных изменений в шуме делалось на основе анализа зависимостей количества спайков в ответе и значений латентности ответов от центральной частоты вырезки в шуме/полосы шума, а также отличия этих параметров ответа от параметров ответа на широкополосный шум. Для количества спайков в ответе за порог был принят 20% критерий различия, неоднократно применявшийся ранее при сравнении различных свойств ответов слуховых нейронов (Ehret, Merzenich, 1988; Sachs, Kiang, 1968). Для латентности ответов критерий различия был увеличен до 50% в связи с большим разбросом значений.
Статистический анализ проводили с применением U-теста Манна-Уитни и методов регрессионного анализа.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Результаты исследования основаны на анализе импульсной активности 210 одиночных нейронов заднего холма. Нейроны имели ХЧ в диапазоне 5.2 - 40.1 кГц, наиболее низкие пороги наблюдались при ХЧ 11-23 кГц.
Особенности чувствительности к широкополосным шумам со стационарной спектральной вырезкой оценивались у нейронов (п=51) с различным паттерном ответа на тон ХЧ: тоническим, фазным, паузным и длиннолатентным. Результаты исследования показали, что нейроны центрального ядра заднего холма мыши разным образом и в разной степени реагируют на шум с вырезкой в зависимости от положения вырезки на частотной оси. Нейроны снижают количество спайков в ответе по сравнению с ответом на широкополосный шум, когда центральная частота вырезки в шуме центрирована на ХЧ или близка к ней. И, наряду с этим снижением, нейроны могут увеличивать количество спайков в ответе по сравнению с ответом на широкополосный шум, когда вырезка смещается в области торможения. Реакция "торможения" шумом с вырезкой вблизи ХЧ обусловлена снижением энергии стимула в возбуждающей области ответа нейрона и может быть усилена тормозными влияниями со стороны латеральных тормозных зон. Реакция "растормаживания" связана со снижением энергии стимула в области торможения и сдвигом баланса возбуждающих и тормозных частотных входов в сторону преобладания возбуждения. Торможение шумом с вырезкой при ширине
вырезки 1/2 октавы демонстрировали все нейроны, растормаживание - 76% нейронов. Среди нейронов с тоническим паттерном ответа на тон ХЧ способность к растормаживанию шумом с вырезкой проявляли 60% единиц (п=1 5), с фазным -68.8% (п=16), с паузным - 94.1% (п=17), с длиннолатентным - все нейроны (п=3). Выраженность растормаживания увеличивалась от 2.2 - 2.5 раз относительно реакции на широкополосный шум у нейронов с тоническим и фазным ответом до 1125 раз у нейронов с паузным и длиннолатентным ответом. У ряда нейронов последних двух групп диапазон вырезки в шуме, вызывавшей растормаживание, приближался к ХЧ и мог перекрывать ее. Эти данные указывают на присутствие тормозных входов в возбуждающей области ответа большинства исследованных нейронов и аргументируют участие торможения и механизма растормаживания в формировании нейрональной чувствительности к спектральным неравномерностям в широкополосном сигнале. Результаты первого блока исследований позволяют также сделать заключение о наличии у нейронов центрального ядра заднего холма избирательной частотно-зависимой чувствительности к стационарным спектральным вырезкам в широкополосном сигнале. Такая избирательная чувствительность может лежать в основе анализа спектральных минимумов передаточной функции головы при локализации источника звука.
Особенности чувствительности к широкополосным шумам с динамической спектральной вырезкой разной ширины (1/2, 1/3, 1/6, 1/12 октавы) оценивались совместно с характеристиками частотных рецептивных полей нейронов (п=1 19). Результаты данной серии исследований важны для выявления нейронов, проявляющих избирательность к направлению перемещения спектральных вырезок по частотной оси. Определение свойств частотных рецептивных полей нейронов необходимо для выяснения механизмов формирования их динамической дирекциональной спектральной избирательности.
Анализ структуры частотных рецептивных полей нейронов выполнен на основе классификации, отражающей взаимодействие возбуждающих и тормозных входов (Егорова и др., 2002). В исследовании рассматривались три типа рецептивных полей: первичноподобные (39.5%), V-образные (21.8%) и тормознозависимые (38.7%), и соответственно им, три класса нейронов. Частотно-пороговые кривые первичноподобных нейронов (рис. 1А) воспроизводят настройку волокон слухового нерва и имеют асимметричную форму - более крутой срез со стороны высоких частот и более пологий со стороны низких частот. Тормозные зоны ограничивают возбуждающую область ответа, несколько перекрывая ее границы. Частотная
настойка V-образных нейронов (рис. 1Б) расширяется как в сторону низких, так и высоких частот. Тормозные зоны выражены более слабо и не перекрывают или частично перекрывают возбуждающую область ответа.
Рис. 1. Зависимости количества спайков в ответе от центральной частоты вырезки в шуме у нейронов с первичноподобным (А) и ^образным (Б) рецептивными полями: 1 - при смещение вырезки от низких частот к высоким, 2 - от высоких частот к низким. ХЧ -центральная частота вырезки, соответствующая ХЧ нейрона. Цифры на картах рецептивных полей - номер нейрона, ХЧ, добротность. Стрелки на картах - параметры вырезок, центрированных вокруг ХЧ. Уровень шумов с вырезкой - 10 дБ относительно порога ответа на широкополосный шум.
Тормознозависимые нейроны характеризуются сильным проявлением тормозных влияний в возбуждающей области рецептивного поля, которое может приводить к ее смещению (рис. 2А), обострению (рис. 2Б), или закрытию (рис. ЗБ).
Рис. 2. Зависимости количества спайков в ответе от центральной частоты вырезки в шуме у нейронов с тормознозависимыми рецептивными полями, тестированными одним тоном (А) и двухтоновыми комплексами (Б).
(+) - возбуждающая область ответа, внутри которой нейрон отвечал на одиночные тоны, (-) -области торможения, заходящего в возбуждающую область. На картах рецептивных полей показаны вырезки, вызывающие наибольшее растормаживание при указанной ширине. Уровень шумов с вырезкой - 20 дБ относительно порога ответа на широкополосный шум. Обозначения, как на рис. 1.
Характер взаимодействия возбуждающих и тормозных входов в частотных рецептивных полях нейронов был также оценен на основе анализа зависимостей количества спайков в ответе на тон ХЧ от его интенсивности. Анализ выполнен с учетом выделения монотонных (включая "плато") и немонотонных типов зависимостей (Ehret, Merzenich, 1988). Нейроны с монотонными и "плато" зависимостями (37.8%) имели ответы с постоянно увеличивающимся количеством спайков или ответы, которые достигали насыщения при некотором уровне интенсивности тона и далее могли снизиться не более чем на 20% от максимального. Нейроны с немонотонными зависимостями (62.2%) имели ответы либо с одним пиком числа спайков при оптимальной интенсивности тона, либо с одним или несколькими пиками и одним или несколькими провалами с различиями в ответах не менее 20%. Проявление немонотонности в зависимости величины ответа на тон ХЧ от его интенсивности рассматривается как результат подавления возбуждающих входов со стороны тормозных входов, близких к ХЧ (Aitkin, 1991).
При оценке динамической чувствительности нейронов к спектральным вырезкам в шуме, также как и в первом блоке опытов, акцент делался на выраженности реакций торможения при совпадении вырезки с ХЧ нейрона и реакций растормаживания при совпадении вырезки с тормозными частотами рецептивного поля. Примеры зависимостей количества спайков в ответе нейронов от центральной частоты вырезки демонстрируют, что реакции на шум с вырезкой у представленных первичноподобного (рис. 1А) и V-образного (рис. 1Б) нейронов выражаются главным образом в снижении их ответов при совпадении вырезки с ХЧ. Минимум на кривой зависимости количества спайков в ответе от центральной частоты вырезки мог быть центрирован относительно ХЧ нейрона или смещен от нее (чаще в сторону низких частот - рис. 1Б). Анализ свойств рецептивных полей нейронов показал, что способность к растормаживанию шумом с вырезкой увеличивается по мере проникновения тормозных влияний в возбуждающую область рецептивного поля. У первичноподобных нейронов это отражается в обострении частотной настройки и немонотонности зависимости количества спайков в ответе на тон ХЧ от его интенсивности. Первичноподобные нейроны с такими свойствами растормаживаются шумом с вырезкой при совпадении вырезки с областью тормозных частот. Наибольшую способность к растормаживанию шумом с вырезкой проявляли тормознозависимые нейроны (рис. 2) - их ответ мог увеличиваться относительно ответа на широкополосный шум в 7-8 раз при ширине вырезки 1/2 и 1/3 октавы и в 5-4 раза при ширине вырезки 1/6 и 1/12 октавы. Способность к
растормаживанию в данной серии исследований проявляли не менее 70% нейронов. Меньшая выраженность растормаживания по сравнению с реакциями, наблюдаемыми в первой серии опытов, связана с использованием в ней нембуталового наркоза, усиливающего центральное торможение (Kuwada et з1., 1989). Растормаживание наблюдалось при смещении вырезки в области полного или частичного торможения выше и ниже ХЧ (рис. 2А, ЗА) или, в большей степени, при смещении вырезки только в одну из тормозных зон (рис. 2Б, ЗБ).
Оценка распределения реакций на сигналы шума с вырезкой, вызывающей наибольшее снижение ответа по сравнению с реакцией на широкополосный шум, показала, что выраженность этой реакции для всей популяции нейронов заднего холма снижается по мере уменьшения ширины вырезки и остроты частотной настройки нейронов и не зависит от направления смещения спектральной
вырезки по частотной оси. Рис. 1 и 2 демонстрируют проявление этих закономерностей. Связь выраженности торможения ответов шумом с вырезкой вблизи ХЧ с остротой частотной настройки нейронов подтверждена результатами регрессионного анализа для всех используемых видов вырезок (р<0.001 для всех серий). Сравнение наклона линий регрессии для серий с вырезками разной ширины (при направлении смещения вырезки как от низких частот к высоким так и от высоких к низким) показало, что наклон линий регрессии увеличивается между сериями с вырезками 1/3 и 1/6 октавы (р<0.001 для обоих направлений смещения), что свидетельствует о снижении нейрональной чувствительности к вырезкам возбудительных частот меньшей ширины. Взаимосвязь между линиями регрессии для ответов на шум с вырезкой вблизи ХЧ, полученными при разном направлении смещения спектральной вырезки, отсутствовала для всех видов вырезок (р>0.2 для серий вырезок шириной 1/2 октавы, р>0.5 для серий вырезок шириной 1/3 и 1/6 октавы, р>0.1 для серий вырезок шириной 1/12 октавы).
Попарное сравнение серий ответов на сигналы шума с вырезкой, перемещающейся по частотной оси в разных направлениях, указывает на то, что избирательная чувствительность нейронов к направлению перемещения спектральной вырезки может проявляться в асимметрии реакций растормаживания при переходе вырезки из возбуждающей области ответа в область торможения и наоборот (рис. 1 для вырезки шириной 1/2 октавы, рис. 2 - для всех видов ширины вырезок, рис.3 - для вырезки шириной 1/3 октавы). Ответ на шум с вырезкой, соответствующей тормозным частотам, выражен больше после прохождения вырезкой возбуждающих частот, включающих ХЧ. Как указывалось выше,
заключение о наличии у нейронов динамической дирекциональной избирательной чувствительности делалось на основе 20% различия в реакциях растормаживания, вызванных шумом с вырезкой з области одной или обеих тормозных зон (при одинаковой центральной частоте вырезки). Сравнивались максимумы на кривой зависимости количества спайков от центральной частоты вырезки, т.е. ответы, число спайков в которых было наибольшим. В связи с тем, что нейроны могли проявлять различия в избирательности к направлению перемещения вырезок по частотной оси в зависимости от ширины вырезок, оценка избирательности была проведена для каждой ширины вырезки отдельно.
Таблица 1. Оценка динамической дирекциональной спектральной избирательности нейронов (уровень шумов с вырезкой - 10-20 дБ над порогом ответов нейронов на широкополосный шум)
Показатели Ширина спектральных вырезок (октавы)
1/2 1/3 1/6 1/12
Количество избирательных нейронов 19 35.2% 41 35.7% 31 29.5% 14 17.5%
Диапазон ХЧ избирательных нейронов (кГц) 8.330.0 8.330.0 8.330.0 11.624.0
Диапазон максимумов асимметричного растормаживания (кГц) 6.335.7 6.333.7 7.1 - 33.7 9.826.9
Среднее расстояние между максимумами асимметричного растормаживания (октавы) 7/12 5/12 4/12 (1/3) 3/12 (1/4)
Количество тестированных нейронов 54 115 105 80
Результаты, представленные в таблице 1, показывают, что количество нейронов, проявлявших дирекциональную динамическую спектральную избирательность, и частотный диапазон проявления этой избирательности снижались с уменьшением ширины вырезки. Сокращение расстояния между максимумами растормаживания по мере уменьшения ширины вырезок указывает на то, что наибольшей чувствительностью к направлению перемещения узких вырезок обладают нейроны, тормозные входы которых наиболее приближены к возбудительной области ответа.
Общее количество нейронов, чувствительных к направлению перемещения по частотной оси спектральной вырезки хотя бы одной ширины, составило 53 единицы (44.5% от п=1 19). 14 нейронов проявляли чувствительность к направлению
перемещения спектральной вырезки при каждой из трех и четырех видов ширины вырезки (16.7% от п=84).
Анализ свойств нейронов, избирательныхкнаправлениюперемещения по частотной осиспектральныхвырезокв широкополосном шуме.
Сравнение группы нейронов, проявляющих динамическую дирекциональную спектральную избирательность (п=53), с группой неизбирательных нейронов (п=66) показало различие свойств их рецептивных полей. В группе дирекционально избирательных нейронов по сравнению с группой неизбирательных было меньше нейронов с первичноподобными рецептивными полями - 22.6% против 53%, и V-образными рецептивными полями - 15,1% против 27.3%. Вместе с тем, в группе избирательных нейронов по сравнению с группой неизбирательных чаще наблюдались тормознозависимые рецептивные поля - 62.3% против 19.7%. Группа дирекционально избирательных нейронов имела в своем составе меньше монотонных единиц - 26.4% и больше немонотонных - 73.6%. В группе неизбирательных нейронов монотонных единиц было 47% , немонотонных 53%. Увеличение процента тормознозависимых рецептивных полей и немонотонных зависимостей величины ответа на тон ХЧ в группе нейронов, проявляющих динамическую спектральную дирекциональную избирательность, указывает на значимость тормозных процессов в ее формировании.
Сравнение распределений остроты частотной настройки дирекционально избирательных и неизбирательных нейронов, выполненное при уровне сигналов 10, 20 и 30 дБ над порогом реакции на тон ХЧ показало, что количество нейронов с более высокими значениями Ою, Ого и Озо было выше в группе избирательных нейронов (р<0,001, ^тест Манна-Уитни). Это связано, главным образом, с большим количеством в составе этой группы тормознозависимых нейронов, у которых область возбуждающего ответа ограничена тормозными входами. В связи с возможностью влияния тормозных входов на возбуждающую область ответа интерес представлял вопрос о различиях в выраженности спектрального торможения при совпадении вырезки с возбуждающими частотами у дирекционально избирательных и неизбирательных нейронов. Как в группе избирательных, так и неизбирательных нейронов, не обнаружено достоверных отличий в распределениях реакций на шум с вырезкой вблизи ХЧ в зависимости от направления перемещения спектральной вырезки ни при одной ширине вырезки (р>0.5 для серий со всеми видами вырезок, кроме вырезки шириной 1/6 октавы для избирательных нейронов -для них р>0.2, ^ тест Манна-Уитни). Вместе с тем снижение ответа на шум с вырезкой вблизи ХЧ
было достоверно выше в группе избирательных нейронов (р<0.001 для всех серий, кроме серий ответов при движении вырезки от высоких частот к низким для вырезок шириной 1/2 и 1/6 октавы - для них р<0.05 - U-тест Манна-Уитни). Это означает, что торможение импульсной активности при вырезании возбуждающих частот у дирекционально избирательных нейронов было более глубоким, чем • у неизбирательных.
Сравнение распределений порогов на тон и широкополосный шум не выявило достоверных различий между группами дирекционально избирательных и неизбирательных нейронов (р>0.05, U-тест Манна-Уитни). Следует, однако, отметить, что у ряда тормознозависимых нейронов в связи с распространением торможения на широкую область частот наблюдались высокие пороги на широкополосный шум или реакция на него отсутствовала.
Данные, изложенные в этом разделе, не только подтверждают выводы первого блока исследований о роли торможения и растомаживания в формировании избирательной чувствительности нейронов к спектральным минимумам в зависимости от их положения на частотной оси, но и свидетельствуют о формировании на уровне заднего холма динамической спектральной избирательности, которая может рассматриваться как механизм для определения направления движения источника звука на основе спектральных дирекциональных признаков. Фактором, обостряющим динамическую дирекциональную спектральную избирательность нейронов слухового центра среднего мозга, является антагонизм возбуждающих и тормозных входов с близкой или взаимно перекрывающейся настройкой, усиленный влиянием торможения в частотных рецептивных полях нейронов.
Сопоставление чувствительности нейронов к перемещающимся по частотной оси полосовым шумам и широкополосным шумам со спектральной вырезкой. Материалы данной серии позволяют объяснить результаты ряда психофизических исследований, показавших, что полосовые шумы (скрытые пики) являются такими же или даже более эффективными стимулами с точки зрения локализационного механизма, как и шумы со спектральными вырезками (Humanski, Butler, 1988; Middlebrooks, 1992). Результат тестирования нейронов (т=40) заднего холма 1/3 октавными полосовыми шумами и шумами с 1/3 октавными вырезками свидетельствует, что по мере обострения частотной настройки нейронов и проникновения тормозных входов в возбуждающую область их рецептивных полей ухудшается способность слуховых нейронов реагировать на
стимул с широкой по отношению' к возбуждающей области ответа частотной полосой. Так, нейроны с первичноподобными (п=17) и V-образными (п=5) рецептивными полями увеличивают ответ при прохождении полосой шума их возбуждающей области ответа по сравнению с ответом на широкополосный шум (пример - на рис. 4 ). Нейроны с тормознозависимыми рецептивными полями (п=18) снижают ответ на полосу шума, полностью перекрывающую возбуждающую область ответа (рис.3). При этом они повышают ответ на полосу шума, смещенную в области обеих тормозных зон (рис.ЗА) или только одной (рис.ЗБ). Ответы этих нейронов на полосовой шум и шум с вырезкой становятся похожи.
Центральная частота вырезки (1 деление 1/12 октавы)
Рис. 3. Обострение чувствительности нейронов с тормознозависимыми рецептивными полями к спектральным контрастам. Уровень шумов со спектральными изменениями для нейрона 36-4 -1 0 дБ относительно порога на широкополосный шум. Нейрон 39-1 не отвечал на широкополосный шум.
Сходство реакций тормознозависимых нейронов на полосовой шум и шум со спектральной вырезкой объясняется тем, что наиболее эффективными для них становятся стимулы, край которых проходит через центр возбуждающей области ответа - через ХЧ или вблизи от нее. Такое положение спектрального контраста как в составе полосового шума, так и шума с вырезкой предполагает стимуляцию части
возбуждающей области ответа вместе с одной из тормозных зон и освобождение от стимуляции второй половины рецептивного поля, приводящее к растормаживанию со стороны антагонистической тормозной зоны (рис. 3 - схемы В, Г).
Дирекциональная динамическая спектральная чувствительность нейронов в данной серии оценивалась по разнице в ответах при движении полосы/вырезки в разных направлениях, нормированной на максимальное количество слайков. Значение этого показателя достигало 0.31 у первичноподобных нейронов и 0.84 у тормознозависимых нейронов. Количество дирекционально чувствительных нейронов составило 15 (37.5%) при тестировании полосовым шумом и 14 при тестировании шумом с вырезкой (35.5%), что совпадает с оценкой дирекциональной чувствительности нейронов на основе соотношения реакций растормаживания при ширине вырезки 1/3 октавы (табл.1).
У тормознозависимых нейронов динамическое увеличение импульсации может проявляться при входе спектрального контраста (как в составе полосового шума, так и шума с вырезкой) в возбуждающую область ответа только со стороны одной из тормозных зон (рис. ЗБ), в данном случае низкочастотной. В том случае, когда увеличение импульсации происходит при входе спектрального контраста в возбуждающую область ответа как со стороны низкочастотной тормозной зоны, так и со стороны высокочастотной тормозной зоны (рис. ЗА), разное пространственное положение стимула в рецептивном поле относительно ХЧ приводит к смещению пространственного градиента активности. При движении спектрального контраста от низких частот к высоким в большей степени активируются входы в низкочастотной по отношению к ХЧ части рецептивного поля, а при движении от высоких частот к низким - в высокочастотной по отношению к ХЧ части рецептивного поля. Это значит, что активация возбуждающих входов нейрона по отношению к ХЧ смещается в направлении, противоположном движению полосы шума (в том числе и в составе шума с вырезкой). Причина динамического сдвига активации возбуждающих входов относительно ХЧ к латеральной тормозной зоне, из которой полоса шума входит в возбуждающую область ответа, по-видимому, состоит в опережающем действии растормаживания со стороны противоположной тормозной зоны (рис. 3 В, Г).
Проявлениядирекциональнойспектральной чувствительности нейронов визмененияхлатентныхпериодовответов. Рис. 4,/демонстрирует, что у ряда нейронов динамическая дирекциональная чувствительность проявляется в сдвиге по частотной оси зависимостей латентных периодов от центральной частоты спектральных изменений. Асимметрия зависимостей латентностей возникает при
переходе полосы шума или вырезки в шуме из возбудительной области ответа в тормозную зону, и наоборот (схемы на рис.4). В серии экспериментов с тестированием нейронов (п=1 19) шумом с перемещающейся спектральной вырезкой разной ширины сдвиг зависимостей латентностей был отмечен у 25 нейронов (21%). Тестирование нейронов (п=40) перемещающимся полосовым 1/3 октавным шумом было более результативным для выявления сдвига зависимостей латентностей - он наблюдался у 14 нейронов (40%). Причина этих различий состоит в том, что смещения зависимостей латентности наблюдались в основном при стимуляции нейронов широкими вырезками (1/2 и 1/3 октавы). Поскольку нейроны часто прекращали импульсацию при совпадении широких вырезок с ХЧ, то сдвиг зависимостей не мог быть обнаружен.
П олосовой шум Шуме вырезкой
120
Центральная частота вырезки (1 деление 1/12 октавы)
Рис. 4. Сдвиг зависимостей латентнных периодов (/) и величины ответа (II) при изменении направления смещения спектральных изменений у нейрона с первичноподобным рецептивным полем (п 33-5, ХЧ 12.5 кГц). Уровень шумов со спектральными изменениями -20 дБ относительно порога на широкополосный шум.
Сдвигу зависимостей латентностей соответствовал сдвиг зависимостей количества спайков в ответе (Рис.4,//). Направление сдвига зависимостей соответствовало отмеченному в предыдущем параграфе направлению сдвига активации тормознозависимых нейронов. При входе полосы шума (в том числе и в составе шума с вырезкой) в возбуждающую область ответа нейрон раньше начинал отвечать, латентность раньше снижалась и количество спайков увеличивалось.
Соответственно при выходе полосы шума из возбуждающей области ответа латентность раньше повышалась, количество спайков снижалось, и нейрон раньше прекращал импульсацию. Сдвиг зависимостей латентности был наиболее заметным проявлением дирекциональной динамической избирательности первичноподобных и V-образных нейронов. Тормознозависимые нейроны кроме смещения зависимостей латентности проявляли также избирательное снижение латентности и ее вариабельности при определенном положении и направлении перемещения спектрального контраста в рецептивном поле (рис.5, /, //).
Избирательность снижения латентности тормознозависимых нейронов является следствием подверженности рецептивных полей этих нейронов торможению в широком диапазоне частот и в течение всего действия стимула. Об этом свидетельствуют высокие "не физиологические" значения латентности и их большая вариабельность как при ответе тормознозависимых нейронов на широкополосный шум (если такой ответ имелся), так и на широкополосный шум с вырезкой, а также полосовой 1/3 октавный шум. Снижение величины и вариабельности латентности проявлялось при стимуляции возбуждающей области рецептивного поля вместе с одной из тормозной зон в сочетании с вырезанием тормозных частот противоположной (антагонистической) тормозной зоны в случае шумов с вырезкой, либо при отсутствии стимула в антагонистической тормозной зоне в случае полосовых шумов (схемы на рис.5). Несмотря на большие колебания латентности ответов тормознозависимых нейронов, в точках зависимостей, соответствующих максимальной разнице величины ответов при разных направлениях перемещения спектральных изменений, всегда наблюдались "правильные" отношения между латентностью и величиной ответа, т.е. меньшей латентности соответствовало большее количество спайков в ответе нейрона и большей латентности - меньшее количество спайков (рис.5, / и III).
Анализ популяционного эффекта избирательного снижения диапазона вариабельности латентности ответов на шум с вырезкой был выполнен для 120 нейронов из серий опытов с тестированием шумом с динамическим спектральным компонентом. Поскольку латентные периоды ответов определялись по латентности первого спайка, из рассмотрения были исключены нейроны со спонтанной активностью, а также нейроны, начало ответа которых было синхронизировано более чем в трех соседних точках кривой. Количество нейронов, у которых диапазон варьирования латентности ответов на шум с вырезкой в области тормозных зон хотя бы при одной ширине вырезки находился в пределах 50% от
среднего значения в данной точке кривой, составило 53 нейрона (44.2%). Среди них 32.1% имели первичноподобные рецептивные поля, 9.4% - V-образные, 58.5% -тормознозависимые.
Рис. 5. Избирательное снижение средних значений латентности (/), диапазона ее варьирования - от минимального до максимального значения латентности первого спайка (II), и избирательное увеличение суммарного количества спайков (///) в зависимости от положения и направления перемещения спектральных изменений у нейрона с тормознозависимым рецептивным полем (п 35-2, ХЧ 12 кГц). Оси ординат на / и // соответствует друг другу. Нейрон не отвечал на широкополосный шум. Обозначения, как на рис. 1.
Для того, чтобы оценить степень снижения латентности ответов нейронов, у которых вариабельность латентности находится в пределах 50% от средних значений в определенных точках кривой, эти средние значения были нормированы относительно среднего значения латентности всех ответов в серии. Количество нейронов, проявлявших более чем 50% снижение латентности ответа на шум с вырезкой (хотя бы одной ширины) в области тормозных зон по сравнению со средним значением латентности в серии при менее чем 50% вариабельности составило 28 нейронов (23.3% от п=120). Из них 10.7% имели первичноподобные рецептивные поля, 7.1%- V - образные, 82.1% - тормознозависимые. Увеличение в данном распределении процента нейронов с тормознозависимыми рецептивными полями свидетельствует о большей чувствительности латентности их ответов к положению и направлению перемещения вырезки в области тормозных зон. Количество нейронов, снижающих латентность и диапазон ее варьирования при вырезании из широкополосного шума частот, соответствующих тормозным зонам их рецептивных полей, снижалось с уменьшением ширины вырезки от 1/2 октавы (20 5%) к 1/12 октавы (13.2%) (р<0.05, ^тест Манна-Уитни).
При том, что снижение латентности и диапазона ее варьирования связано с положением спектрального контраста в рецептивном поле нейрона, эти эффекты в большинстве случаев проявляли зависимость от направления перемещения спектральных изменений. Так, из 53 нейронов, снижающих в пределах 50% диапазон варьирования латентности на шум с вырезкой в области тормозных зон, 43 нейрона (81.1%) проявляли динамическую избирательность. Из 28 нейронов, снижающих в пределах 50% как значение латентности, так и диапазон ее варьирования, динамическую избирательность проявляли 24 нейрона (85.7%).
Приведенные в этом разделе факты позволяют считать, что положение и направление перемещения по частотной оси как спектральных минимумов в широкополосном сигнале (имитируемых спектральными вырезками в широкополосном шуме), так и спектральных максимумов (имитируемых полосовыми шумами) анализируется нейронами заднего холма на основе частотно- и дирекционально-зависимых изменений латентности ответов, отражающихся в изменении количества спайков в ответе. Пересечение спектральной вырезкой/полосой шума границ возбуждающей области частотного рецептивного поля нейронов могло приводить к смещениям функций латентности по частотной оси (и соответствующим им смещениям функций количества спайков). Обострение чувствительности тормознозависимых нейронов к положению и направлению
перемещения спектральных контрастов в их рецептивном поле, связанное с растормаживанием, является причиной избирательного снижения латентности и избирательной синхронизации начальных спайков ответа (с соответствующим увеличением количества спайков в ответе). Данные об участии растормаживающего механизма в спектрально- и дирекционально-зависимой регуляции латентности в заднем холме могут иметь большое функциональное значение. Избирательное снижение латентности и избирательная синхронизация начальных спайков ответа тормознозависимых нейронов предусматривает возможность временного маркирования положения спектрального контраста в их рецептивном поле. При том подавлении возбуждающих ответов на широкополосные сигналы, которое наблюдается у тормознозависимых нейронов (включая широкополосные сигналы с "незначимыми" для нейрона спектральными изменениями), временная настройка может с большой точностью отражать положение и перемещение источника звука на основе спектральных дирекциональных признаков в передаточной функции головы
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Рольрастормаживанияв формированиипространственной спектральной избирательностинейронов
Результаты проведенного исследования показали, что нейроны центрального ядра заднего холма мыши обладают высокой частотно-зависимой чувствительностью к спектральным вырезкам в широкополосном шуме. Учитывая сведения о фильтрации звука наружным ухом и появлении в передаточной функции головы спектральных вырезок, отражающих своим положением на частотной оси локализацию источника звука (Musicant et al. 1990, Rice et al.1992), резонно предположить, что избирательная чувствительность нейронов к спектральным минимумам обеспечивает им возможность оценивать эту локализацию. Нейроны будут анализировать ту точку акустического пространства, которая определяет положение в передаточной функции спектрального минимума, энергетически значимого для данного нейрона. Почему из двух обнаруженных нами реакций -«торможения» при совпадении вырезки с ХЧ и «растормаживания» при совпадении вырезки с тормозными частотами, мы стараемся обосновать важность именно растормаживающего механизма для формирования пространственной спектральной дирекциональности нейронов центрального ядра заднего холма и слуховой системы в целом? - Необходимость такой аргументации определяется тем, что «энергетическая детекция», основанная на интеграции спектральных
компонентов стимула внутри возбуждающей области ответа, по-видимому, лежит в основе дирекциональной спектральной пространственной чувствительности только волокон слухового нерва (Rice et al., 1995; Poon, Brugge, 1993a). Дирекциональную пространственную спектральную чувствительность нейронов слуховых центров связывают с интеграцией входов как внутри возбуждающей области ответа, так и тормозных зон (Imig et al., 1997; Poirier et al., 2003). Гипотетическая модель монауральной дирекциональности центральных слуховых нейронов опирается на тормозно-возбуждающий антагонизм частотных входов и разницу в распределении акустической энергии в возбуждающей и тормозной областях рецептивного поля (Imig et al., 1997). В рамках этой модели нейроны имеют широкую пространственную настройку, и их дирекциональность выражается в отсутствии реакции на звук при совпадении минимума звукового давления в передаточной функции с ХЧ нейрона и максимума звукового давления с тормозной зоной. Только при таком совпадении спектральное торможение в возбуждающей области будет достаточно сильным, чтобы нейрон прекратил импульсацию. Эта модель хорошо сочетается со спектральными свойствами нейронов IV типа дорсальных кохлеарных ядер, отвечающих на широкополосный шум и тормозящихся шумом с вырезкой при совпадении вырезки с ХЧ (Imig et al., 1997, 2000; Nelken, Young 1994; Spirou, Young 1991). Оценка нейрональной монауральной пространственной чувствительности в центрах восходящего слухового пути показала однако, что количество высоко дирекциональных клеток значительно увеличивается от дорсальных кохлеарных ядер к заднему холму (от 2% до 23%). Дальнейшее незначительно снижение количества таких клеток в слуховом таламусе и первичной слуховой области коры AJ до 18% (Baron et al., 1996; Imig et al., 1997, 2000; Samson et al., 1990-2000) указывает на особую роль именно заднего холма в формировании пространственной спектральной дирекциональности.
Можно предположить, что увеличение пространственной дирекциональности, основанной на совпадении спектральной вырезки в передаточной функции головы с ХЧ, связано с возможностью внутрихолмовой регуляции остроты частотной настройки при участии GABAA-опосредованного латерального торможения (Fuzessery, Hall, 1996; Le Beau et al., 1995). В пользу этого говорят наши данные о том, что снижение величины ответов по всей популяции нейронов заднего холма на шум с вырезкой вблизи ХЧ обнаруживает достоверную связь с остротой частотной настройки нейронов.
Усиление спектрального торможения в рецептивных полях центральных слуховых нейронов и преобладание его над возбуждающими входами может привести к тому, что нейрон не будет отвечать на стимулы ни из каких точек пространства, за исключением положения, при котором вырезка в передаточной функции совпадет с его тормозной зоной. Такое совпадение приведет к растормаживанию возбуждающих входов и появлению ответа. В этом случае пространственная дирекциональность нейронов будет выражаться в настройке на определенные положения источника звука. Нейроны, настроенные на определенные значения элеваций и азимутов (в условиях контралатерального монаурального предъявления сигналов) впервые появляются в восходящем слуховом пути на уровне заднего холма (Delgutte et al. 1999; Poirier et al., 2003). Представленное нами доказательство высокой чувствительности тормознозависимых нейронов к оптимальному положению спектральных контрастов в частотных рецептивных полях, позволяют объяснить появление такой избирательной настройки именно в этой структуре. Фактором, определяющим высокую спектральную контрастную чувствительность нейронов заднего холма, является распространение торможения на широкую область частот, в том числе возбуждающих, и способность к растормаживанию.
Спектральная контрастная модель, модифицированная нами с учетом реальных свойств тормознозависимых нейронов, представлена на рис.6. При построении модели учитывались данные о сходстве реакций этих нейронов на 1/3 октавные полосовые шумы и шумы с 1/3 октавными вырезками, основанном на одинаковом распределении областей высокого и низкого давления звука относительно возбуждающих и тормозных входов. Распределение афферентных входов в рецептивных полях нейронов предусматривает контроль над возбуждающей областью ответа со стороны одной из тормозных зон в случае несимметричного расположения тормозных входов (рис.6А) и равноценный контроль над возбуждающей областью ответа рецептивного поля со стороны каждой из тормозных зон в случае симметричного расположения тормозных входов (рис.6Б). При несимметричном расположении тормозных входов к растормаживанию нейрона и появлению импульсной активности приведет понижение давления звука в более протяженной и сильной тормозной зоне (на данной схеме низкочастотной), поскольку одновременная стимуляция возбуждающей области ответа и более слабой (высокочастотной) тормозной зоны недостаточна для подавления ответа.
Нейрон будет иметь один максимум растормаживания, отражающий его чувствительность к одному положению спектрального контраста как в составе шума с вырезкой, так и полосового шума.
Ш
4
в
5
х V С
I
О
о
X м с ш ь-
О О X
3 о 2 0 1 0 ОН •10 -20Н ■ 30
А
\ ЛТгч.
\\fVf 1 Л ! У£/гГ 1 \ • I/ 1 I л У
: 1 Ц ¡1 1 1 / V : 1 51 • \ I 1 :| 1 \ / :: :'1 1 1/ :| 1 У
1 0
20
1 О
2 О
Частота, кГц
3 о
4 0
■ ллЧ О с+ о ^ Б
-- -- 111 : : 1 | ■ 1 I 4 /х---------------- СхГ 1 /\ \' / \ /А V / \ / 1 Л / 1 |\/ < 1/ \1 *---- у К -1-'-1---
3 О
4 О
Рис. 6. Нейрофизиологический механизм анализа передаточных функций головы, основанный на чувствительности тормознозависимых нейронов заднего холма к спектральным контрастам. А - несимметричное, Б - симметричное рецептивное поля. Пунктирные контуры - шумы с вырезкой и полоса шума, вызывающие наибольшее растормаживание нейронов. (+) - возбуждающая частотная область ответа, (-) - области торможения. Передаточная функция соответстует положению источника звука при 0° элевации, 27° азимута (Musicant et al, 1990).
При симметричном распределении тормозных входов понижение давления звука в каждой из тормозных зон приведет к растормаживанию нейрона и появлению импульсной активности, поскольку стимуляция второй тормозной зоны недостаточна для подавления возбуждающего ответа нейрона и в этом случае. Нейрон будет иметь два максимума растормаживания, отражающих его чувствительность к двум положениям спектрального контраста. Учитывая большую протяженность тормозных зон в рецептивных полях тормознозависимых нейронов, снижение
давления звука в их высокочастотных тормозных зонах может быть вызвано не только первой вырезкой в передаточной функции головы, но и другими вырезками в этой функции. Существенным в этом случае может оказаться и общее понижение давления звука на высоких частотах, характерное для передаточных функций головы при некоторых положениях источника звука (Musicant et al.1990).
Уточнения, внесенные нами в модель спектральной контрастной чувствительности, дополняют и развивают представления о роли антагонизма возбуждающих и тормозных входов в формировании дирекциональной монауральной чувствительности центральных слуховых нейронов. Предложенная схема дирекциональной контрастной спектральной чувствительности, основанная на свойствах тормознозависимых нейронов центрального ядра заднего холма, может быть эффективным механизмом локализации источника звука на основе передаточных функций головы. Модель также обосновывает возможность успешной локализации слушателями источника звука не только на основе вырезок в шуме (Bloom, 1977; Hebrank, Wright. 1974; Hofman, Van Opstal, 2002; Humanski, Butler, 1988; Watkins, 1978), но и полосовых шумов (Blauert, 1969/1970; Hofman, Van Opstal, 2002; Humanski, Butler, 1988; Middlebrooks, 1992) при близости их спектральных параметров к параметрам пиков и вырезок в передаточных функциях головы. Известно, что спектральные признаки передаточных функций головы отражают прежде всего положение источника звука в вертикальной плоскости (Hofman, Van Opstal, 2002; Musicant et al., 1990; Middlebrooks, Green, 1991). Вместе с тем данные о связи этих признаков с азимутом источника звука (хотя и менее выраженной по сравнению с элевацией - Musicant et al., 1990; Rice et al., 1992), позволяют предполагать важность контрастной спектральной чувствительности слуховых нейронов для локализации источника звука на акустической сфере.
Наши данные о роли торможения в формировании дирекциональной монауральной чувствительности нейронов согласуются с результатами картирования типов рецептивных полей в изочастотных слоях заднего холма мыши (Ehret et al., 2003; 2004). По данным картирования тормознозависимые нейроны преобладают в центре изочастотной плоскости и, вероятно, не участвуют в бинауральном слухе, поскольку их распределение лишь в незначительной степени совпадает с распределением аффрерентов от ипсилатеральной медиальной верхней оливы (в латеральной части центрального ядра заднего холма, Ehret, 1997). V-образные нейроны, преобладающие на периферии изочастотной плоскости, по-видимому, в основном связаны с бинауральнЬт^адад.цгоу (Ehret,et al., 2003). Таким
[ библиотека ;
33 i с. петербург i
'__ОЭ !00 акт 4
образом, в изочастотных слоях заднего холма мыши имеется концентрический градиент, характеризующийся снижением торможения в рецептивных полях от центра к периферии и одновременным снижением "монауральности" нейронов и возрастанием их "бинауральности". Первичноподобные нейроны с частотной настройкой, сходной с настройкой слуховых нервных волокон, распределены равномерно через изочастотные слои (Ehret et al., 2003). Эти нейроны могут сочетать чувствительность к спектральным вырезкам в широкополосных сигналах за счет энергетической детекции давления звука в возбуждающей области ответа при низких уровнях сигналов с участием в бинауральном слухе при высоких уровнях сигналов.
Динамическаядирекциональнаяспектральная чувствительность
Причина повышения пространственной спектральной дирекциональности нейронов в заднем холме может состоять в динамической спектральной чувствительности, наблюдавшейся в нашем исследовании по крайней мере у 40% нейронов. Аргументом в пользу повышения дирекциональности за счет динамического эффекта является обнаруженная в психофизических исследованиях более высокая способность к локализации слушателями шумов с изменяющейся центральной частотой вырезок по сравнению со стационарной (Moore et al, 1989). В связи с этим было высказано предположение, что динамический компонент может улучшать локализацию источника звука за счет усиления пространственного контраста между областью высокого давления звука и низкого давления звука (Musicant, 1990). Единственным нейрофизиологическим обоснованием такого механизма до сих пор являлись данные о повышении чувствительности части волокон слухового нерва кошки (с высокой спонтанной активностью) к шумам с "движущимися" вырезкам по сравнению со стационарными (Poon, Brugge, 1993a).
Мы оценивали динамический эффект по проявлению динамической дирекциональной чувствительности нейронов, т.е. по чувствительности к направлению перемещения спектральных изменений по частотной оси. По нашим данным, в заднем холме чувствительность к направлению перемещения спектральных вырезок в большей степени свойственна нейронам с проявлениями торможения в рецептивных полях: тормознозависимыми рецептивными полями -62.3%, немонотонными зависимостями величины ответа на тон ХЧ от его интенсивности - 73.6%, более острой частотной настройкой, оцененной по Qt0, Q20. Q30. Снижение импульсной активности при совпадении вырезки с ХЧ у дирекционально избирательных нейронов было более глубоким. Необходимо
подчеркнуть, что перечисленные факты, свидетельствуя о влиянии тормозных входов на возбуждающую область ответа, означают также и то, что для формирования спектральной динамической дирекциональности нейронов заднего холма важное значение имеет сближение и перемешивание возбуждающих и тормозных входов. Об этом говорят также данные о приближении максимумов асимметричного растомаживания к возбуждающей области ответа при уменьшении ширины вырезки. Для нейронов, проявляющих частотно-зависимый спектральный дирекциональный динамический эффект, характерен низкий уровень спонтанной и вызванной активности и большие значения латентных периодов ответов на сигналы широкополосного шума и шума с «незначимыми» для нейрона спектральными изменениями. Все эти факты свидетельствуют о том, что торможение усиливает динамическую дирекциональную спектральную избирательность нейронов заднего холма, увеличивая диапазон различий реакций при последовательном изменении давления звука. Сходный вывод был сделан на основании данных о более высокой динамической чувствительности нейронов с низкой спонтанной и вызванной активностью в заднем холме амбарной совы при имитации движения источника звука в горизонтальной плоскости (Wagner, Takahashi, 1992).
Существенным моментом динамического спектрального эффекта является направление сдвига активации нейронов. Анализ перемещения спектральных изменений в сигналах шума относительно распределения возбуждающих и тормозных входов частотного рецептивного поля указывает на связь сдвига активации с растормаживанием. При перемещении спектральных контрастов (как в составе шумов с вырезкой так и полосовых шумов) к центру рецептивного поля область низкого давления звука опережает область высокого давления и, переходя в тормозную зону, пространственно сдвинутую относительно ХЧ "вперед", освобождает ее от стимуляции. Это освобождение приводит к тому, что большую активацию проявляют возбуждающие входы, пространственно сдвинутые относительно ХЧ "назад", т.е. в сторону той тормозной зоны, из которой двигался стимул. Фактически это означает увеличение импульсной реакции нейрона в направлении, противоположном движению области высокого давления звука (если соотносить реакцию нейрона со стимуляцией возбуждающих частот). Увеличение вероятности ответа нейронов при движении источника звука к центру рецептивного поля и сдвиг пространственных рецептивных полей в направлении, противоположном движению, был неоднократно показан в бинауральной системе слуха при реальном движении и имитации движения в горизонтальной плоскости у
разных видов животных как в заднем холме (Ingham et al., 2001; Kleiser, Schuller, 1995; McAlpine et al., 2000, 2002; Sanes et al., 1998; Spitzer, Semple, 1998; Wagner, Takahashi, 1992; Wagner et al., 1997; Yin, Kuwada, 1983), так и в слуховой области коры (Никитин и др., 2003; Ahissar et al., 1992; Firzlaff, Schuller, 2001; Malone et al., 2000). Сходные с обнаруженными нами смещения функций латентности' и пространственных рецептивных полей нейронов заднего холма были получены у летучих мышей при перемещении источника звука по горизонтальной, вертикальной и наклонной траекториям (Wilson, O'Neill, 1998). Очевидно, такой результат свидетельствует о сходстве отражения нейронами движения звукового стимула, независимо от того, на основе каких признаков - бинауральных или монауральных, происходит анализ движения. Смещение функций латентности и пространственных рецептивных полей вдоль траектории движения источника звука трактуется в цитируемых выше работах, как основа феномена опережающего сенсорного образа, связанного с прогностической стратегией восприятия. Такая трактовка поддерживается данными психофизических экспериментов о смещении слушателями мгновенной позиции движущегося источника звука в направлении его движения (Альтман и др., 1999; Mateeff, Hohnsbein, 1988; Perrott, Musicant, 1977, 1981). Можно заключить, что природа явлений, связанных с прогностической стратегией восприятия, лежит в пространственном смещении относительно ХЧ (а фактически относительно акустической оси) области растормаживания в частотных рецептивных полях нейронов.
Результаты нашего исследования указывают на то, что динамическая дирекциональная спектральная чувствительность связана с феноменом одновременного и последовательного акустического контраста. Возможность влияния предыдущего стимула (или ответа на него) на последующий ответ нейронов при длительных межстимульных интервалах, показанная в нашем и ряде других исследований (Kleiser, Schuller, 1995; Malone, Semple, 2001; Wilson, O'Neill, 1998) свидетельствует о длительном сохранении информации о траектории движения в активности нейронов. С учетом данных о преимущественной концентрации тормознозависимых нейронов в центре изочастотных слоев (Ehret et al., 2003, 2004), можно думать, что эти нейроны выполняют чрезвычайно важную функцию. Такие нейроны не могут отвечать на быстрые частотные изменения. Однако они могут обеспечивать длительное хранение следов раздражения, позволяющее им включаться в организацию нейронных систем, имеющих отношение к формированию слуховой памяти, в том числе пространственной. Высокая способность
тормознозависимых нейронов к поддержанию инвариантного частотного разрешения в широком ряду интенсивностей используется для обоснования их ответственности за формирование критических полос слуха (Ehret, Merzenich, 1988; Вартанян и др., 1999; Егорова и др., 2001-2002). Такая роль тормознозависимых нейронов согласуется с их участием в обработке дирекциональной спектральной информации, принимая во внимание не только важность высокой частотной селективности нейронов для обоих механизмов, но и представления о возможности шкалирования акустического пространства на основе критических полос слуха (Альтман, 1972).
Дирекционально-зависимые изменения латентности
Исследования, связанные с нейрональными механизмами пространственного слуха, основываются главным образом на подсчете количества спайков. В то же время тестирование нейронов виртуальными стимулами (Brugge, Reale, 2000; Reale, Brugge, 2000) и широкополосными шумами (Middlebrooks et a!., 1994), т.е. сигналами, локализация которых связана с использованием спектральных признаков, показало, что направление источника звука в пространстве может отражаться в латентности ответов нейронов. Данные настоящего исследования показывают, что основы такой обработки закладываются уже на среднемозговом уровне. Наблюдаемые нами изменения латентности ответов нейронов заднего холма мыши при предъявлении перемещающихся по частотной оси спектральных вырезок в широкополосном шуме и полосовых шумов могли определяться как чувствительностью нейрона к положению спектрального контраста в его рецептивном поле, так и динамической дирекциональной чувствительностью нейрона к направлению перемещения спектральных контрастов. Оценка спектрально-зависимых изменений латентности нейронов с различным типом рецептивных полей указывают на то, что избирательность этих изменений связана с усилением торможения в рецептивных полях нейронов и механизмом растормаживания. В поддержку такого механизма говорят данные об опосредованности латентностей ответов нейронов заднего холма GABAA-зависимым торможением, в том числе и при монауральном контралатеральном предъявлении сигналов (Le Beau et al., 1996; Park, Pollak, 1993a). Схемы регуляции латентности предполагают либо подавление начальных спайков ответа, либо десинхронизацию времени появления первоначального спайка в ответе и снижение частоты разрядов (Park, Pollak, 1993a). Наблюдаемые нами избирательные снижения латентности ответов нейронов заднего холма и диапазона ее вариабельности при оптимальных положениях спектральных контрастов в рецептивных полях укладываются в
предложенные схемы. При этом имеется в виду, что растормаживание возбуждающих входов, приводящее к этим эффектам, происходит за счет вырезания из широкополосного стимула тормозных частот антагонистической боковой тормозной зоны, блокирующих возбуждающие входы. Следует отметить, что изменение латентности является, по-видимому, не единственной причиной, влекущей за собой изменение количества спайков в ответе нейрона. Наибольшую чувствительность к шумам со спектральной вырезкой в нашем исследовании проявляли нейроны не только с длиннолатентным, но и с паузным характером ответа Близкое соответствие настройки возбуждающих и тормозных входов, наблюдаемое нами у тормознозависимых нейронов, подразумевает влияние GABAa-зависимого торможения на многие свойства нейронов, в том числе, частоту разрядов, паттерн ответа, длительность циклов восстановления возбудимости (Fuzessery et al., 1996; Le Beau et al., 1995; 1996, Lu et at., 1997).
Хотя для нейронов заднего холма связь между латентностью и количеством спайков в ответе обычно соблюдается, их отдельная регуляция, вероятно, возможна, т.к. избирательные изменения количества спайков наблюдались чаще, особенно при тестировании "узкими" вырезками, и могли не сопровождаться избирательными изменениями латентности. В данном случае следует, конечно, учитывать и различия критериев "избирательности", используемых нами для количества спайков и латентности Обнаруженная временная настройка нейронов заднего холма мыши на определенное положение спектрального контраста в рецептивном поле представляет существенный интерес, т.к. дополняет представления о механизме избирательности нейронов в отношении спектральных дирекциональных признаков. Данные позволяют выдвинуть гипотезу, что обострение временной настройки слуховых нейронов на определенное положение спектрального контраста в рецептивном поле может лежать в основе формирования селективных частотно-временных (пространственно-временных) фильтров, ответственных за анализ спектральной (пространственной) информации, заложенной в передаточных функциях головы
Таким образом, полученные данные об особенностях статической и динамической спектральной контрастной чувствительности нейронов центрального ядра заднего холма позволяют обосновать нейрофизиологические механизмы локализации источника звука на основе результатов преобразования спектрального профиля звукового сигнала при его переходе из свободного поля к барабанной перепонке. Обоснование включает следующие положения:
1. тормознозавимые нейроны заднего холма ответственны за обострение дирекциональной спектральной чувствительности в тонотопическом пути слуховой системы;
2. участие латерального торможения и механизма растормаживания необходимо для формирования частотно-временной избирательности центральных слуховых нейронов к оптимальному положению спектрального контраста в частотном рецептивном поле;
3. избирательное частотно- и дирекционально-зависимое снижение латентности и увеличение количества спайков в ответах нейронов при определенном оптимальном положении спектрального контраста в частотном рецептивном поле лежит в основе их статической и динамической пространственной монауральной чувствительности;
4. перемещение источника звука на основе дирекционально-зависимых спектральных признаков может отражаться последовательным сдвигом латентности и величины ответа относительно характеристических частот нейронов, объединенных в пространственно организованные представительства.
ВЫВОДЫ
1. Нейроны заднего холма мыши (Mus musculus) проявляют избирательную чувствительность к широкополосным шумам со спектральной вырезкой в зависимости от соответствия вырезки распределению возбудительных и тормозных входов их частотных рецептивных полей. Относительно реакции на широкополосный шум все нейроны снижают ответ, когда центральная частота вырезки центрирована на характеристической частоте или близка к ней; часть нейронов (не менее 70%) увеличивают ответ (растормаживаются), когда вырезка смещается в области полного или частичного торможения.
2. Реакция нейронов на шум с вырезкой вблизи характеристической частоты снижается по мере уменьшения ширины вырезки (от 1/2 к 1/12 октавы), обнаруживает связь с остротой частотной настройки (оцененной по добротности
и не зависит от направления перемещения спектральной вырезки по частотной оси.
3. Обнаружено, что выраженность растормаживания отражает чувствительность нейронов к направлению перемещения спектральной вырезки по частотной оси. Динамическая спектральная чувствительность проявляется в асимметричном снижении латентности, повышении синхронизации начала ответа,
увеличении количества спайков в ответе при переходе вырезки из области возбуждения в тормозные зоны. Количество нейронов, проявляющих динамический дирекциональный спектральный эффект, снижается при уменьшении ширины вырезки от 1/2 к 1/12 октавы от 35.2% до 17.5% при оценке по количеству спайков и от 20.5% до 13.2% при оценке по латентности.
4. Способность к растормаживанию шумом со спектральной вырезкой и динамическая спектральная чувствительность в большей степени характерны для нейронов с проявлениями влияния торможения на возбуждающую область ответа. Эти нейроны имеют паузный и длиннолатентный ответы на тон характеристической частоты, немонотонные зависимости количества спайков в ответе на тон характеристической частоты от его интенсивности, тормознозависимые рецептивные поля, более острую частотную настройку (оцененную по добротности
5. Важным фактором формирования динамической спектральной избирательности нейронов является пространственное сближение возбуждающих и тормозных частотных входов. По мере уменьшения ширины спектральных вырезок их положение на частотной оси, вызывающее асимметричное растормаживание, приближается к характеристической частоте.
6. Нейроны с тормознозависимыми рецептивными полями проявляют сходство в реакциях на шум со спектральной вырезкой и полосовой шум (при ширине вырезки/полосы 1/3 октавы). Наиболее эффективными стимулами для них являются спектральные контрасты, стимулирующие часть возбуждающей области ответа и одну из латеральных тормозных зон и вызывающие растормаживание со стороны противоположной тормозной зоны. Избирательные динамические изменения свойств ответа определяются последовательным контрастом, изменяющим выраженность растормаживания в зависимости от порядка стимуляции возбуждающих и тормозных входов.
7. Обнаружено, что переход спектральной вырезки в шуме/полосы шума из возбуждающей области в тормозные зоны, и наоборот, у части нейронов (до 40%) приводит к смещению по частотной оси зависимостей латентности и количества спайков в ответе от центральной частоты спектральных изменений.
8. Направление динамических изменений свойств ответа нейронов таково, что укорочение латентности и увеличение количества спайков смещается относительно характеристической частоты к латеральной тормозной зоне, из которой полоса шума (в том числе и в составе шума с вырезкой) входит в возбуждающую область ответа.
9. Обострение статической и динамической дирекциональной спектральной чувствительности центральных слуховых нейронов определяется антагонистическим взаимодействием возбуждающих и тормозных частотных входов. Ключевым моментом этого взаимодействия является распространение торможения на широкую область частот и избирательное частотно-зависимое растормаживание в рецептивных полях тормознозависимых нейронов в сочетании с возможностью длительного сохранения следов предыдущей стимуляции и ее влияния на последующий ответ.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Вартанян И.А., Малинина Е.С. Тормозные зоны и частотные свойства центральных слуховых нейронов // Сенсорные системы. 1996. Т.10. N 3. С. 118123.
2. Вартанян И.А., Малинина Е.С. Критические полосы и анализ биологически важных параметров звуков в слуховой системе различных представителей животного мира //Журн. эволюц. биохимии и физиологии. 1996. Т.32. N 5. С. 642-650.
3. Малинина Е.С, Вартанян И.А. Характеристика области ответа нейронов заднего холма мыши в пределах критической полосы // Рос. физиол. журн. им. И М.Сеченова. 1998. Т. 84. N 4. С. 343-352.
4. Малинина Е.С, Вартанян И. А. Тормозные влияния в ответах спонтанно активных нейронов заднего холма мыши (Mus musculus) // Сенсорные системы. 1998. Т. 12. N4. С. 462-474.
5. Малинина Е.С, Вартанян И.А Картирование частотной области ответов нейронов в пределах одной психофизической критической полосы слуха // Тезисы докладов III Международного симпозиума "Современные проблемы физиологии и патологии слуха". Москва, 1998. С.28-29.
6. Вартанян И.А., Малинина Е.С. Роль торможения в анализе параметров акустического стимула // Тезисы докладов XVII Съезда физиологов России. Ростов-на-Дону. 1998. С. 324-325.
7. Малинина Е.С, Вартанян И. А. Ответы нейронов заднего холма мыши (Mus musculus) на шум со спектральной вырезкой // Журн. эволюц. биохимии и физиологии. 1999. Т. 35. N 6. С. 483-489.
8. I.Vartanian, E.Malinina The participation of inhibition in the enhancement of spectral, amplitude and temporal contrasts at the level of auditory midbrain of mice // Proceedings of the 27-th Gottingen Neurobiology Conference. 1999. V.ll. P. 311.
9. E.S. Malinina, I.A. Vartanyan. Testing of receptive fields of central auditory neurons with the spectral notch noise // Abstracts of International Symposium dedicated to Acad. Ivan Pavlov's 150-ann. "Mechanisms of Adaptive behavior", St.Peterburg, Russia, Dec.7-9,1999. P. 192-193.
10. Малинина Е.С, Вартанян И. А. Тестирование рецептивных полей слуховых нейронов шумом со спектральной вырезкой // Докл. РАН. 2000. Т. 371. N 3. С. 413-416.
11. Вартанян И.А., Андреева И. Г., Малинина Е.С, Маркович А.М. Слуховая оценка приближения и удаления источника звука: психоакустические и электрофизиологические корреляты // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2000. Т. 86. N 7. С. 820-834.
12.Малинина Е.С. Нейроны заднего холма мыши, чувствительные к направлению спектральных изменений в широкополосном шуме // Журн. эволюц. биохимии и физиологии. 2001. Т. 37. N 6. С. 515-518.
13.Мапинина Е.С, Вартанян И. А. Нейрональный анализ спектральных изменений в широкополосных звуках // Тезисы докладов XVIII Съезда физиологического общества им. И П. Павлова, Казань, 25-28 сент. 2001. С. 47.
14.Малинина Е.С. Рецептивные поля и обработка сигналов со спектральной вырезкой слуховыми нейронами среднего мозга мыши // Сенсорные системы.
2002.Т.16. N1.0. 13-22.
15. Вартанян И.А., Малинина Е.С. Избирательность нейронов слухового отдела среднего мозга мыши к направлению перемещения спектральных вырезок в широкополосном шуме // Рос. физиол. журн им. И.М. Сеченова. 2002. Т. 88. N 9. С. 1133-1145.
16. Малинина Е.С, Вартанян И. А. Тормозно-возбудительные взаимодействия в рецептивных полях слуховых нейронов, избирательных к направлению перемещения спектральных контрастов //Журн. эволюц. биохимии и физиологии.
2003. Т. 39. N 3 . С 260-270.
17. Малинина Е.С, Вартанян И. А. Активность нейронов заднего холма мыши в зависимости от положения и направления перемещения спектрального контраста // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2003. Т. 89. N. 6. С. 639-656.
18. Малинина Е.С. Динамическая чувствительность центральных слуховых нейронов к локализационным спектральным признакам // Тезисы докладов 3-й конф-и памяти чл.-корр. АН СССР Г.В. Гершуни "Физиология слуха и речи". СПб, 15-17 окт. 2003. С. 8.
19. Малинина Е.С. Монауральные спектральные признаки локализации (природа возникновения и нейрофизиологический анализ) // Сенсорные системы. 2004. Т.18. N1.0. 3-20.
20. Малинина Е.С. Изменения латентности ответов нейронов заднего холма мыши в зависимости от положения и направления перемещения спектрального контраста // Рос. физиол. журн. им. И.М.Сеченова. 2004. Т.90. N 3. С. 308-326.
Подпись соискателя
Отпечатано ООО "Копи-Р", Санхт-Шгербург, Гр«^ пр1И. Заказ № 21-141. Тираж 100 экз. Подписано в печать 29.03.04 г.
"1-9383
Содержание диссертации, доктора биологических наук, Малинина, Евгения Сергеевна
ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Признаки локализации источника звука.
1.1.1 Бинауральная дирекциональность слуха, модели локализации.
1.1.2. Монауральная дирекциональность слуха.
1.2. Дирекциональные акустические свойства наружного уха.
1.3. Характеристика спектрального профиля передаточных функций головы.
1.4. Акустическая ось и локализация широкополосных стимулов.
1.5. Модели обработки передаточных функций головы.
1.6. Особенности объекта исследования.
1.7. Схема обработки спектральных локализационных признаков в восходящем слуховом пути.
1.8. Передача спектральных признаков волокнами слухового нерва.
1.9. Дорсальное кохлеарное ядро - начальный пункт обработки спектральных дирекциональных признаков.
1.10. Бинауральное сравнение слуховой информации на уровне комплекса верхней оливы.
1.11. Задний холм и анализ пространственной информации
1.11.1. Характеристика структуры.
1.11.2. Оценка дирекциональной спектральной чувствительности нейронов заднего холма.
1.11.3. Усиление избирательности нейронов заднего холма к параметрам стимула.
1.12. Дальнейший анализ дирекциональной спектральной информации в слуховой системе.
1.12.1. Нейрональные градиенты пространственной настройки в глубоких слоях переднего холма.
1.12.2. Обработка дирекциональной спектральной информации в таламокортикальной системе.
1.13. Динамический аспект локализации источника звука
1.13.1. Отражение движения источника звука на основе спектральных дирекциональных признаков.
1.13.2. Отражение направления движения источника звука нейронами слуховых центров.
1.13.3. Схема детектора движения.
1.13.4. Роль заднего холма в формировании динамической чувствительности.
Глава 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Методическое обеспечение эксперимента.
2.1.1. Подготовка животного.
2.1.2. Регистрация импульсной активности нейронов.
2.1.3. Акустическая стимуляция.
2.2. Процедура проведения экспериментов и анализ данных
2.2.1. Выделение ответов нейронов.
2.2.2. Картирование частотных рецептивных полей нейронов.
2.2.3. Тестирование нейронов широкополосным шумом со стационарными спектральными вырезками.
2.2.4.Тестирование нейронов сериями сигналов шума с перемещающимися по частотной оси изменениями в спектре.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Глава 3. Особенности реагирования нейронов заднего холма на сигналы широкополосного шума со стационарной и перемещающейся по частотной оси спектральной вырезкой.
3.1. Чувствительность к широкополосным шумам со стационарной спектральной вырезкой у нейронов с различным паттерном ответа на тон характеристической частоты.
3.2. Чувствительность к широкополосным шумам с перемещающейся по частотной оси спектральной вырезкой у нейронов с различной структурой частотных рецептивных полей.
3.2.1. Структура частотных рецептивных полей нейронов.
3.2.2. Особенности ответов первичноподобных нейронов на сигналы шума со спектральной вырезкой.
3.2.3. Особенности ответов нейронов с тормознозависимыми рецептивными полями на сигналы шума со спектральной вырезкой.
3.2.4. Особенности ответов нейронов с V-образными рецептивными полями на сигналы шума со спектральной вырезкой.
3.3. Оценка избирательности нейронов к перемещению и направлению перемещения по частотной оси спектральных вырезок в широкополосном шуме.
3.3.1. Распределение реакций нейронов на сигналы шума со спектральной вырезкой вокруг характеристической (оптимальной) частоты.
3.3.2. Оценка асимметричности реакций нейронов на сигналы шума со спектральной вырезкой в области тормозных зон.
3.3.3. Анализ свойств нейронов, избирательных к направлению перемещения по частотной оси спектральных вырезок в широкополосном шуме.
Глава 4. Сопоставление чувствительности нейронов к перемещающимся по частотной оси полосовым шумам и широкополосным шумам с перемещающейся спектральной вырезкой.
4.1. Сравнение ответов первичноподобных нейронов заднего холма на сигналы перемещающегося полосового шума и широкополосного шума с перемещающейся спектральной вырезкой.
4.2. Сравнение ответов нейронов с тормознозависимыми рецептивными полями на сигналы перемещающегося полосового шума и широкополосного шума с перемещающейся спектральной вырезкой.
4.3 Схема избирательности нейронов к ориентации и направлению перемещения спектральных контрастов.
Глава 5. Проявление дирекциональной спектральной избирательности нейронов в изменениях латентных периодов ответов.
5.1. Дирекционально-зависимые изменения латентных периодов ответов первичноподобных и V - образных нейронов.
5.2. Дирекционально-зависимые изменения латентных периодов ответов тормознозависимых нейронов.
5.3. Суммарная оценка эффектов дирекционально-зависимых изменений латентных периодов ответов
5.3.1. Смещение зависимостей латентности.
5.3.2. Популяционный эффект изменения латентности ответов дирекционально-избирательных нейронов.
5.3.3. Обострение избирательности изменений латентности к положению и направлению перемещения спектральных контрастов.
Глава 6. ОБСУЖДЕНИЕ.
6.1. Роль растормаживания в формировании пространственной спектральной избирательности нейронов.
6.2. Модель спектральной дирекциональной избирательности, основанная на свойствах тормознозависимых нейронов.
6.3. Проявления динамической дирекциональной спектральной чувствительности.
6.4. Механизм динамической дирекциональной спектральной чувствительности.
6.5. Пространственная организация частотных афферентных входов и распределение нейрональной "вырезковой" чувствительности по частотной оси.
Введение Диссертация по биологии, на тему "Нейрональные механизмы обработки спектральных дирекционально-значимых изменений в звуковых сигналах"
Актуальность проблемы
Локализационная функция слуховой системы, лежащая в основе анализа акустического пространства, является широко исследуемой и, тем не менее, оставляющей ряд нерешенных вопросов, областью физиологии слуха. Слуховая система, участвующая наряду со зрительной в ориентации человека и животных во внешней среде, оказалась изученной значительно меньше последней с точки зрения нейрофизиологических механизмов пространственного анализа. Вместе с тем, способность слуховой системы обеспечивать высокую точность пространственного восприятия неподвижного и движущегося источника звука, продемонстрированная в многочисленных психофизических экспериментах (обзоры Альтман, 1983, 1990; Middlebrooks, Green, 1991), предполагает соответствующую реализацию на нейрональном уровне. Притом, что проблема механизмов пространственной стационарной и динамической избирательности нейронов слуховых центров недостаточно разработана в целом, весьма различен уровень знаний о возможностях нейронов локализовать источник звука в трех плоскостях акустического пространства. Так, основные закономерности обработки слуховыми нейронами пространственной информации были получены при исследовании азимутальной чувствительности нейронов, обеспечиваемой бинауральными признаками локализации - интерауральными различиями стимуляции по времени/фазе и интенсивности (Альтман 1968, 1972, 1983; Phillips, Brugge 1985). Достаточно подробно описана способность нейронов оценивать приближение и удаление источника звука на основе амплитудной модуляции сигналов (Вартанян,1978). Вместе с тем, исследования нейронального монаурального спектрального механизма, критичного для локализации источника звука по вертикали, появились сравнительно недавно (Imig et al., 1997, 2000; Nelken, Young 1994; Poon, Brugge, 1993a; Samson et al., 1993, 2000; Spirou, Young 1991; Xu et al., 1998; 1999) и пока не решили проблемы анализа спектральной дирекциональной информации в восходящем слуховом пути.
Основанием для исследований спектральной дирекциональной чувствительности слуховых нейронов стала концепция об использовании слуховой системой человека и животных в качестве необходимых признаков для точной локализации источника звука результатов периферического дорецепторного преобразования звуковых сигналов (Batteau, 1967). Данное преобразование обусловлено отражением и дифракцией звуковых волн туловищем и головой, но, главным образом, избирательной фильтрацией звука наружным ухом (Batteau, 1967; Gardner, Gardner, 1973; Hofman et al., 1998; Musicant et al., 1990; Rice et al., 1992; Roffler, Buttler, 1968a; Wightman, Kistler, 1989a). Совместное влияние этих факторов выражается в амплитудном и фазовом изменении спектрального профиля сигнала и оценивается по отношению звукового давления в отсутствии субъекта к звуковому давлению в присутствии субъекта вблизи его барабанной перепонки. Результат преобразования звукового сигнала обозначается как передаточная функция от свободного поля к барабанной перепонке (в английской терминологии - Free-field to Eadrum Transfer Function) или как передаточная функция головы (Head-related Transfer Function). Спектральные максимумы и минимумы ("пики" и "вырезки1") в передаточной функции головы, являющиеся следствием усиления и ослабления отдельных частотных компонентов внутри широкополосного сигнала, перемещаются по частотной шкале при изменении положения источника звука в пространстве (Musicant et al., 1990; Rice et al., 1992; Shaw, 1982). Они определяются как спектральные дирекциональные признаки. Бблыпую связь с положением источника звука проявляют спектральные вырезки (Musicant et al., 1990).
Локализационная значимость (особенно в медианной вертикальной плоскости) спектральных пиков и вырезок неоднократно обосновывалась в психофизических исследованиях (Bloom, 1977; Hebrank, Wright 1974; Hofman, Van Opstal, 2002; Rogers, Butler, 1992; Middlebrooks, 1992). Однако, каким образом обрабатываются дирекциональные спектральные признаки в центрах слуховой системы, известно крайне недостаточно. Так, чувствительность к стационарным
1 Термин "вырезка" или "шум со спектральной вырезкой" соответствует английскому "notch-noise " и обозначает шум, в котором вырезаны или подавлены частоты в некоторой узкой полосе спектра. В качестве синонимов в русскоязычной литературе употребляются также термины "спектральное западение" (Альтман, 1983), "шум со спектральным провалом" (Бибиков, Слуховая система / Под ред. Альтмана, 1990) и "шум со спектральной прорезью" (Супин, Попов, 1997). спектральным вырезкам в широкополосном сигнале охарактеризована лишь на уровне волокон слухового нерва и нейронов кохлеарных ядер (Poon, Brugge, 1993а; Spirou, Young 1991; Nelken, Young, 1994). Динамическая чувствительность к перемещению спектральных вырезок продемонстрирована на уровне волокон слухового нерва (Poon, Brugge, 1993а) и не исследовалась в слуховых центрах. В связи с важностью этих спектральных черт в ряде работ обсуждается возможность их отдельной обработки в "монауральном" восходящем пути, берущем начало от дорсальных кохлеарных ядер (Imig et al., 2000; May, 2000). Подразумевается, что монауральные дирекциональные нейроны основывают пространственную чувствительность на результатах фильтрации звуков, выполняемой первоначально каждым ухом отдельно. При этом они могут отвечать на сигналы, предъявляемые как монаурально, так и бинаурально (Poirier et al., 1996, 2003). В последнем случае интерауральное сравнение спектральной информации в центрах слуховой системы допускает ее использование в бинауральной системе слуха (Musicant et al., 1990). Пространственная чувствительность бинауральных дирекциональных нейронов слуховых центров первоначально основывается на межушных различиях стимуляции по времени/фазе и интенсивности и проявляется только в условиях бинауральной стимуляции.
Основная причина, по которой нейрофизиологические исследования по выяснению механизмов анализа стационарных и особенно "движущихся" дирекциональных спектральных признаков в слуховых центрах были так редки, состоит в трудности их моделирования, требующего совершенной компьютерной техники. В последние годы стало возможным тестирование локализационных свойств нейронов слуховых центров "виртуальными" стимулами (VS), синтезируемыми на основе передаточных функций головы и имитирующими преобразованный спектр звуковых сигналов, поступающих от источника звука из отдельных точек пространства (Brugge et al., 1994; Brugge, Reale, 2000; Delgutte et al. 1999; Keller et al, 1998; Reale, Brugge, 2000; Spezio et al, 2000; Sterbing et al, 2002). Хотя использование VS стимулов привлекательно с точки зрения тестирования любой из точек акустической сферы, оно не привело к раскрытию механизма нейрональной спектральной дирекциональной чувствительности.
Пространственные рецептивные поля, выявленные с помощью VS стимулов у разных животных, оказались очень большими, так что проблема пространственной селективности слуховых нейронов пока не решена даже для стационарных VS стимулов. Алгоритмы движения на основе VS стимулов только начинают разрабатываться и требуют проверки в психофизических и электрофизиологических экспериментах (Jenison et al., 1998; Jacobson et al., 2001).
Вместе с тем, теоретические модели и гипотезы, предложенные для анализа передаточных функций головы, предполагают, что индивидуальная калибровка этих функций в процессе накопления акустического опыта осуществляется не на основе всей "тонкой" спектральной структуры, но за счет главных спектральных изменений - пиков и вырезок (Middlebrooks, 1992; Neti et al, 1992; Wightman, Kistler, 1998; Zakarouskas, Cynader, 1993). Это означает, что использование сигналов, имитирующих эти изменения, может быть более полезным для исследования спектральной дирекциональной чувствительности нейронов, чем тестирование VS стимулами.
То, что проблема анализа передаточных функций головы не может быть решена без дальнейшего накопления знаний об особенностях статической и динамической спектральной чувствительности нейронов центральных слуховых отделов и механизмах ее формирования, очевидно. Слуховой центр среднего мозга (задний холм) является структурой, для которой исследование этих механизмов может оказаться особенно результативным. С одной стороны, задний холм - это важнейший центр, который интегрирует слуховую информацию от стволовых ядер (в том числе дорсального кохлеарного ядра, связанного с анализом монауральной спектральной информации) и участвует в локализации звука как по азимуту, так и по вертикали (Aitkin, 1986; Aitkin, Martin, 1990). С другой стороны, накоплен большой материал, указывающий на ключевую роль заднего холма в регуляции частотного разрешения и преобразовании временного представления информации на основе локального торможения (Вартанян, Егорова, 2000; Егорова и др., 2001; Kuwada et al., 1997; Le Beau et al., 1995, 1996).
В связи с изложенным, исследование особенностей реагирования нейронов заднего холма на спектральные дирекционально-значимые изменения звуковых сигналов является актуальным для раскрытия нейрофизиологических механизмов анализа спектральной информации, заложенной в передаточных функциях головы и используемой слуховой системой для локализации источника звука. Учитывая, что вопрос об участии латерального торможения в анализе статической и динамической спектральной дирекциональной информации обсуждался (Musicant et al., 1990; Poon, Brugge 1993a), но остался экспериментально не обоснованным, сопоставление пространственной спектральной дирекциональной чувствительности нейронов и баланса возбуждающих и тормозных входов их частотных рецептивных полей рассматривается как принципиально важное для понимания этого механизма.
Цель исследования
Определить механизмы формирования чувствительности центральных слуховых нейронов к положению и направлению перемещения по частотной оси спектральных признаков, ответственных за локализацию источника звука в вертикальной плоскости. Решение проблемы включало разработку системы имитации элевационных признаков и определение параметров синтезированных шумовых сигналов - широкополосных шумов со спектральной вырезкой и полосовых шумов с варьирующей центральной частотой вырезки/полосы. Задачи исследования
1) Исследовать чувствительность нейронов заднего холма мыши Mus musculus к широкополосным шумам со стационарной спектральной вырезкой в зависимости от положения вырезки на частотной оси; оценить особенности этой чувствительности у нейронов с различным паттерном ответа.
2) Оценить избирательность нейронов к направлению перемещения по частотной оси спектральных вырезок в широкополосном шуме.
3) Охарактеризовать свойства частотных рецептивных полей нейронов, проявляющих динамическую дирекциональную спектральную избирательность, оценить роль торможения в ее формировании.
4) Определить особенности реагирования нейронов на сигналы широкополосного шума с перемещающейся по частотной оси спектральной вырезкой в зависимости от ширины вырезки.
5) Исследовать особенности реагирования нейронов при перемещении по частотной оси полосовых шумов.
6) Выполнить сравнительный анализ механизмов чувствительности нейронов к направлению перемещения по частотной оси полосовых шумов и спектральных вырезок в широкополосном шуме.
Научная новизна
Впервые систематически исследованы особенности импульсных реакций нейронов слухового центра среднего мозга (центрального ядра заднего холма) на сигналы шума с изменениями в спектре, значимыми для локализации неподвижного и движущегося источника звука в вертикальной плоскости. Получены данные об избирательной частотно-зависимой статической и динамической чувствительности нейронов к сигналам, имитирующим спектральные минимумы и максимумы в передаточных функциях головы (спектральные вырезки в широкополосном шуме и полосовые шумы).
Впервые обнаружены нейроны, проявляющие чувствительность к направлению перемещения по частотной оси спектральных минимумов и максимумов. Параллельное тестирование нейронов одиночными тонами и двухтоновыми комплексами позволило решить вопрос об участии нейронов с различными паттернами ответа на тон характеристической частоты и различными свойствами частотных рецептивных полей в обработке спектральных изменений в звуковых сигналах. Обоснована роль торможения и механизма растормаживания в формировании избирательности нейронов к положению и направлению перемещения по частотной оси спектральных минимумов и максимумов.
Установлено, что динамическая дирекциональная спектральная чувствительность среднемозговых нейронов проявляется, во-первых, в избирательном частотно- и дирекционально-зависимом снижении величины латентных периодов, их вариабельности и избирательном увеличении количества спайков в ответе; во-вторых, в смещении по частотной оси зависимостей величины латентных периодов ответов от центральной частоты спектральных изменений (и соответствующем ему смещении зависимостей количества спайков). Показано, что избирательные изменения латентности и величины ответа в большей степени характерны для тормознозависимых нейронов, рецептивные поля которых выявляют сильное влияние тормозных входов на возбуждающую область ответа.
Исследование особенностей реакций нейронов на шум со спектральной вырезкой в зависимости от ширины, положения и направления перемещения спектральной вырезки в частотном рецептивном поле позволило обосновать необходимость сближения тормозных и возбуждающих входов для формирования динамической дирекциональной спектральной избирательности нейронов.
Сопоставление реакций нейронов на 1/3-октавные полосовые шумы и широкополосные шумы с 1/3-окгавной спектральной вырезкой показало сходство механизмов анализа статических и динамических спектральных максимумов и минимумов, основанное на важности ориентации и направления перемещения спектральных контрастов в звуковых сигналах относительно распределения возбуждающих и тормозных входов частотных рецептивных полей.
На основании полученных фактов выдвинута гипотеза, что временная настройка центральных слуховых нейронов на определенное положение спектральных контрастов в их частотном рецептивном поле, связанная с растормаживанием, может лежать в основе анализа спектральной информации, заложенной в передаточных функциях головы и используемой слуховой системой при локализации источника звука.
Теоретическое и практическое значение работы
Теоретическая значимость проведенной работы состоит в установлении ранее не исследованных закономерностей обработки нейронами слуховых центров спектральной информации, необходимой для определения положения и направления движения источника звука. Полученные данные о наличии у нейронов слухового центра среднего мозга дирекциональной спектральной чувствительности и роли торможения и механизма растормаживания в ее формировании являются принципиально важными для понимания способов локализации источника звука в вертикальной плоскости. Предложенная модель спектральной дирекциональной контрастной чувствительности, использующая свойства среднемозговых тормознозависимых нейронов, позволяет объяснить как психофизические, так и нейрофизиологические закономерности локализации источника звука на основе спектральных признаков передаточных функций головы. Учитывая, что нейрональный контрастный механизм является важным аспектом избирательности к положению и направлению движения стимулов в зрительной и соматосенсорной системах, обоснование частотно- и дирекционально-зависимой контрастной чувствительности слуховых нейронов представляет интерес для решения общих проблем кодирования пространственной информации в сенсорных системах. Данные исследования имеют фундаментальное значение в области физиологии слуха и включены в цикл лекций по физиологии сенсорных систем для студентов Санкт-Петербургского Государственного Университета.
Поиск нейрональных механизмов локализации движущегося источника звука на основе стимулов, имитирующих его перемещение, способствует развитию нового научного направления, особая значимость которого определяется практическими интересами в области моделирования виртуального акустического компьютерного пространства. Это направление фундаментальных исследований открывает перспективы для решения ряда прикладных проблем, таких как вопросы профессиональной подготовки операторов и медицинской реабилитации пациентов со слуховыми расстройствами.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Нейроны заднего холма проявляют избирательную частотно-зависимую чувствительность к сигналам шума с изменениями в спектре - широкополосным шумам со спектральной вырезкой и полосовым шумам. Такая чувствительность является основой для анализа дирекциональных признаков передаточной функции головы, критичных для локализации источника звука в вертикальной плоскости.
2. Часть нейронов заднего холма проявляет избирательную чувствительность к направлению перемещения по частотной оси спектральных вырезок в широкополосном шуме/полосовых шумов. Динамическая дирекциональная спектральная чувствительность нейронов рассматривается как механизм для анализа направления движения источника звука на основе дирекциональных признаков передаточной функции головы.
3. Стационарная и динамическая дирекциональная спектральная чувствительность нейронов выражается в избирательном снижении величины латентных периодов ответов и ее вариабельности, в увеличении количества спайков в ответе и в смещении относительно характеристической частоты нейрона зависимостей латентности и количества спайков от центральной частоты спектральных изменений в сигналах шума.
4. Точность локализации слуховой системой неподвижного и движущегося источника звука на основе передаточных функций головы обеспечивается высокой чувствительностью центральных слуховых нейронов к положению и последовательному перемещению спектральных контрастов. Обострение спектральной контрастной чувствительности нейронов связано с возрастанием роли торможения и механизма растормаживания в их частотных рецептивных полях.
Апробация работы
Результаты исследований представлены в докладах на XVII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998); международном симпозиуме "Современные проблемы физиологии и патологии слуха", Москва, 1998; 27-й международной конференции по нейробиологии, Геттинген, Германия, 1999; международном симпозиуме "Механизмы адаптивного поведения", посвященном 150-летию академика И.П. Павлова, Санкт-Петербург, 1999; Всероссийских конференциях "Физиология слуха и речи", посвященных памяти чл.-корр. АН СССР Г.В. Гершуни, 2000, 2003, Санкт-Петербург; XVIII Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова, Казань, 2001.
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 20 печатных работах (из которых 14 статей опубликовано в рецензируемых журналах).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, 3 глав экспериментальных данных, их обсуждения и выводов. Работа изложена на 234 страницах, содержит 60 рисунков и 3 таблицы. Библиографический указатель состоит из 250 источников.
Заключение Диссертация по теме "Физиология", Малинина, Евгения Сергеевна
Выводы нашего исследования указывают на то, что динамическая дирекциональная спектральная чувствительность связана с феноменом одновременного и последовательного акустического контраста и сохранением информации о траектории движения в активности нейронов. Проблема селективности нейронов в отношении определенной траектории движения источника звука представляет одно из наиболее важных направлений современных работ в области пространственного слуха. Этот участок исследований требует углубленного анализа механизмов движения источника звука и связан с большими методическими трудностями, т.к. предполагает тестирование внутриклеточного биофизического механизма, который наряду с адаптацией и изменением баланса между возбуждающими и тормозными входами, по-видимому, ответственен за формирование динамической нейрональной чувствительности (Borisyuk et al., 2002). Исследование механизма движения стимулов в слуховой системе, также как и в других сенсорных системах, неразрывно связано с накоплением знаний о разнообразии проявлений торможения, а также проблемой долговременной синаптической пластичности. Проявление такой активно-зависимой пластичности у многих нейронов заднего холма, особенно с паузным и нарастающим "buildup" ответом, и у нейронов, проявляющих посттормозную отдачу (Wu et al., 2002), может быть причиной, по которой именно в этой структуре становится возможной обнаруженная нами чувствительность нейронов к направлению перемещения по частотной оси спектральных изменений в звуковых сигналах.
Обострение спектральной статической и динамической монауральной чувствительности именно в заднем холме вполне естественно, т. к. нейроны этой структуры обладают высокой частотной селективностью и сильными тормознымии входами, контролирующими возбуждающую область ответа. Вместе с тем, дальнейшее поддержание этого механизма составляет серьезную проблему, поскольку в восходящем слуховом пути после центрального ядра заднего холма нейроны с высокой частотной избирательностью и выраженными тормозными зонами, по-видимому, редки (de Ribaupierre, 1997). Но даже если их количества достаточно для сохранения высокой спектральной чувствительности, не ясно, каким образом она поддерживается у нейронов с широкой частотной или пространственной настройкой. Анализ нейрофизиологической литературы, связанной со способами кодирования акустической информации (как пространственной, так и отражающей структуру звуков), указывает на необходимость детальной разработки механизмов временного кодирования и синхронизации активности популяций центральных слуховых нейронов (Eggermont, 2001; Grothe, Klump, 2000). В этой связи принципиально важными представляются данные об избирательном изменении латентности ответов нейронов заднего холма в зависимости от положения и перемещения спектральных контрастов, полученные в настоящем исследовании.
Начатое нами исследование контрастной чувствительности в слуховой системе может оказаться перспективным не только для продвижения в понимании механизма пространственной спектральной чувствительности нейронов, т.е. в связи с обнаружением звуков, но и в связи с анализом структуры звуков, т.е. их распознаванием. Действительно, одна из наиболее существенных проблем, связанная с анализом спектральной дирекциональной информации, заложенной в передаточных функциях головы, состоит в том, что спектральные фильтрующие преобразования накладываются на спектральные неравномерности сигналов, которые должны быть локализованы (речи/биоакустических сигналов, музыки). В настоящее время не ясно, в какой мере обособлены пути обработки свойств звукового сигнала и его локализации (путь "что" и путь "где"). Экспериментальное обоснование функционального разделения путей обработки слуховой информации у человека (на основе ПЭТ и функционального магнитро-резонансного картирования) и животных привело к выводу, что антерио-вентральная область слуховой коры или антериовентральный путь "что" участвует в идентификации акустических стимулов посредством анализа его спектральных и временных характеристик, в то время как постерио-дорсальная область (или постерио-дорсальный путь "где") специализируется на локализации, детекции движения и пространственном разделении звуков (Alain et al., 2001; Rauschecker et al., 1997; Romanski et al., 1999; Warren et al., 2002). Однако дальнейший анализ показал, что постерио-дорсальный путь, ответственный за пространственную обработку, участвует в перцепции речи (Zatorre et al., 2002). Нейроны, комбинирующие чувствительность к биоакустическим сигналам с пространственной чувствительностью, найдены в каудальной части верхней височной извилины у макак (Tian et al, 2001). Допускается, что в основе такого совмещения лежит интеграция спектро-временных черт сигнала с локализацией этих событий. Немаловажную роль в этом совмещении отведена чувствительности нейронов некоторых областей этого пути к "спектральному движению", т.е. отражению перемещения пиков акустической энергии через улитку, которое может отражать изменение компонентов речи и коммуникационных сигналов (Zatorre et al., 2002). Описанная нами контрастная и динамическая спектральная чувствительность слуховых нейронов заднего холма не противоречит возможности сочетания идентификации звуков и их локализации на основе спектральных дирекциональных признаков. Развитие исследований в этом направлении представляется особенно важным с точки зрения понимания интегр атив ных процессов, ответственных за целостное описание свойств звуковых сигналов в структурах мозга.
1. Нейроны заднего холма мыши (Mus musculus) проявляют избирательную чувствительность к широкополосным шумам со спектральной вырезкой в зависимости от соответствия вырезки распределению возбудительных и тормозных входов их частотных рецептивных полей. Относительно реакции на широкополосный шум все нейроны снижают ответ, когда центральная частота вырезки центрирована на характеристической частоте или близка к ней; часть нейронов (не менее 70%) увеличивают ответ (растормаживаются), когда вырезка смещается в области полного или частичного торможения.
2. Реакция нейронов на шум с вырезкой вблизи характеристической частоты снижается по мере уменьшения ширины вырезки (от 1/2 к 1/12 октавы), обнаруживает связь с остротой частотной настройки (оцененной по добротности Qio) и не зависит от направления перемещения спектральной вырезки по частотной оси.
3. Обнаружено, что выраженность растормаживания отражает чувствительность нейронов к направлению перемещения спектральной вырезки по частотной оси. Динамическая спектральная чувствительность проявляется в асимметричном снижении латентности, повышении синхронизации начала ответа, увеличении количества спайков в ответе при переходе вырезки из области возбуждения в тормозные зоны. Количество нейронов, проявляющих динамический дирекциональный спектральный эффект, снижается при уменьшении ширины вырезки от 1/2 к 1/12 октавы от 35.2% до 17.5% при оценке по количеству спайков и от 20.5% до 13.2% при оценке по латентности.
4. Способность к растормаживанию шумом со спектральной вырезкой и динамическая спектральная чувствительность в большей степени характерны для нейронов с проявлениями влияния торможения на возбуждающую область ответа. Эти нейроны имеют паузный и длиннолатентный ответы на тон характеристической частоты, немонотонные зависимости количества спайков в ответе на тон характеристической частоты от его интенсивности, тормознозависимые рецептивные поля, более острую частотную настройку (оцененную по добротности Qio, Q20, СЪо)
5. Важным фактором формирования динамической спектральной избирательности нейронов является пространственное сближение возбуждающих и тормозных частотных входов. По мере уменьшения ширины спектральных вырезок их положение на частотной оси, вызывающее асимметричное растормаживание, приближается к характеристической частоте.
6. Нейроны с тормознозависимыми рецептивными полями проявляют сходство в реакциях на шум со спектральной вырезкой и полосовой шум (при ширине вырезки/полосы 1/3 октавы). Наиболее эффективными стимулами для них являются спектральные контрасты, стимулирующие часть возбуждающей области ответа и одну из латеральных тормозных зон и вызывающие растормаживание со стороны противоположной тормозной зоны. Избирательные динамические изменения свойств ответа определяются последовательным контрастом, изменяющим выраженность растормаживания в зависимости от порядка стимуляции возбуждающих и тормозных входов.
7. Обнаружено, что переход спектральной вырезки в шуме/полосы шума из возбуждающей области в тормозные зоны, и наоборот, у части нейронов (до 40%) приводит к смещению по частотной оси зависимостей латентности и количества спайков в ответе от центральной частоты спектральных изменений.
8. Направление динамических изменений свойств ответа нейронов таково, что укорочение латентности и увеличение количества спайков смещается относительно характеристической частоты к латеральной тормозной зоне, из которой полоса шума (в том числе и в составе шума с вырезкой) входит в возбуждающую область ответа.
9. Обострение статической и динамической дирекциональной спектральной чувствительности центральных слуховых нейронов определяется антагонистическим взаимодействием возбуждающих и тормозных частотных входов. Ключевым моментом этого взаимодействия является распространение торможения на широкую область частот и избирательное частотно-зависимое растормаживание в рецептивных полях тормознозависимых нейронов в сочетании с возможностью длительного сохранения следов предыдущей стимуляции и ее влияния на последующий ответ.
Заключение
Нейрофизиологический анализ спектральных дирекциональных признаков является одной из проблем, пользующихся в последние два десятилетия особенным вниманием. Интерес к этой проблеме был инициирован исследованиями первичной дорецепторной обработки звуковых сигналов при их переходе из свободного поля к барабанной перепонке (обзор Middlebrooks, Green, 1991). На практике успех этих исследований был реализован в переводе передаточных функций головы в цифровую форму и создании на этой основе техники виртуальной акустической реальности (Wightman, Kistler, 1989 а, б). Естественно, что возможность создания виртуального акустического пространства потребовала выяснения механизмов обработки и использования спектрального профиля передаточных функций головы в центрах слуховой системы. Анализ работ, прямо или косвенно связанных с проблемой обработки дирекциональной спектральной информации в слуховой системе (Imig et al., 1997, 2000; May, 2000; Nelken, Young, 1994; Poirier et al., 2003; Poon, Brugge, 1993 a,b; Rice et al., 1995; Samson et al., 1993, 2000; Spirou, Young, 1991; Sutherland et al., 1998), свидетельствует о том, что процесс исследования в этой области только начинает переходить от описательного уровня к аналитическому. Выполненное нами исследование чувствительности нейронов заднего холма к спектральным дирекционально-значимым признакам в звуковых сигналах связано с развитием именно аналитического подхода к проблеме. Результатом такого подхода стало обоснование нейрофизиологического спектрального механизма, обеспечивающего слуховой системе возможность определения положения источника звука в пространстве в отсутствии бинауральных признаков локализации (межушных различий стимуляции по времени/фазе и интенсивности). Известно, что спектральные признаки передаточных функций головы отражают прежде всего локализацию источника звука в вертикальной плоскости (Hofman, Van Opstal, 2002; Musicant et al., 1990; Middlebrooks, Green, 1991). Вместе с тем данные о связи этих признаков с азимутом источника звука (хотя и менее выраженной по сравнению с элевацией - Musicant et al., 1990; Rice et al., 1992), позволяют предполагать важность нейрональной обработки спектральных дирекционально-значимых изменений в звуковых сигналах для локализации источника звука на акустической сфере. Предложенная схема контрастной чувствительности, основанная на растормаживании, может быть эффективным механизмом настройки центральных слуховых нейронов на определенное положение источника звука в пространстве и одновременно быть причиной избирательных реакций внутри звуковой последовательности, т.е. определять динамическую спектральную чувствительность.
Библиография Диссертация по биологии, доктора биологических наук, Малинина, Евгения Сергеевна, Санкт-Петербург
1. (Альтман Я.А.) Altman J.A. Are there neurons detecting direction of sound source motion? // Exp. Neurol. 1968. V. 22. P. 13-25.
2. Альтман Я.А. Локализация звука. Нейрофизиологические механизмы. Л.: Наука, 1972. 214 с.
3. Альтман Я.А. Локализация движущегося источника звука. Л.: Наука, 1983. 176 с.
4. Бару A.B., Калмыкова И.В. Роль различных отделов слуховой системы млекопитающих в локализации источника звука // Сенсорные системы. Слух. Л.: Наука, 1982. С. 170-189.
5. Вартанян И.А. Возбуждающие и тормозные зоны ответов нейронов задних холмов // Нейрофизиология. 1971. Т. 3. С. 368-379.
6. Вартанян И.А. Слуховой анализ сложных звуков. Электрофизиологическое исследование. М.: Наука, 1978. 151 с.
7. Вартанян И.А., Егорова М.А. Ширина критических полос различных типов слуховых нейронов задних холмов мыши // Докл. РАН. 2000. Т. 373. N 5. С. 701-703.
8. Вартанян И.А., Егорова М.А., Эрет Г. Проявление основных свойств критических полос в нейрональной активности задних холмов мыши // Докл. РАН. 1999. Т. 368. N 2. С. 270-272.
9. Егорова M.А., Вартанян И.А., Эрет Г. Критические полосы и торможение в слуховых нейронах среднего мозга домашней мыши (Mus domesticus) // Докл. РАН. 2002а. Т. 382. N 1. С. 131-133.
10. Егорова М.А., Вартанян И.А., Эрет Г. Нейрофизиологические предпосылки слуховых критических полос на уровне среднего мозга // Сенсорные системы. 20026. Т. 16. N 1. С.3-12.
11. Никитин Н.И., Варфоломеев A.JI., Котеленко JI.M. Реакция нейронов слуховой коры кошки на движущийся стимул с динамической изменяющейся межушной задержкой // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2003. Т. 89. N. 6. С. 625-638.
12. Радионова Е.А. Анализ звуковых сигналов в слуховой системе. Нейрофизиологические механизмы. Д.: Наука, 1987. 271 с.
13. Радионова Е.А. Опыты по физиологии слуха (нейрофизиологические и психофизические исследования). СПб: ФИН им. И.П. Павлова, 2003, 254с.
14. Радионова Е.А., Никитин Н.И. Нейрофизиологические механизмы организации бинауральной системы пространственного слуха. Модельные представления // Сенсорные системы. 2000. Т. 14. N 1. С. 75-87.
15. Римская-Корсакова Л.К., Телепнев В.М., Дубровский H.A. Проявление динамического кодирования амплитудно-модулированного звука на уровне волокон слухового нерва // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2003. Т. 89. N. 6. С. 700-714.
16. Супин А.Я., Попов В.В. Измерение частотной разрешающей способности слуха с помощью гребенчатых спектров: принципы, методы, основные данные // Сенсорные системы. 1997. Т. 11. N 1. С. 5-36.
17. Шмигидина Г.Н. Цитохимическое исследование конвергенции билатеральной афферентации в слуховых центрах продолговатого и среднего мозга кошки // Автореф. канд. дис. Л., 1979. 20 с.
18. Фельдкеллер Р., Цвиккер Э. (Feltkeller R., Zwicker Е.) Ухо как приемник информации. Изд. "Связь". 1965. 103 с.
19. Ahissar М., Ahissar Е, Bergman Н., Vaadia Е. Encoding of sound source location and movement: activity of single neurons and interactions between adjacent neurons in the monkey auditory cortex // J. Neurophysiol. 1992. V. 67. P. 203215.
20. Aitkin L. The Auditory midbrain. Clifton, NJ: Human Press, 1986. 246 p.
21. Aitkin L. Rate-level functions of neurons in inferior colliculus of cats measured with the use of free-field sound stimuli // 1991. J. Neurophysiol. V. 65. P. 383392.
22. Aitkin L., Martin R Neurons in the inferior colliculus of cats sensitive to sound-source elevation // Hear. Res. 1990. V. 50. P. 97-105.
23. Alain C., Arnoot S., Hevenor S., Graham S., Grady C. "What" and "where" in the human auditory system // Psychology. 2001. V. 98. P. 12301-12306.
24. Asano F., Suzuki Y., Sone T. Role of spectral cues in median plane localization // J. Acoust. Soc. Amer. 1990. V. 88. P. 159-167.
25. Batteau D.W. The role of pinna in human localization // Proc. Roy. Soc. Ser. B. London. 1967. V. 168. N 1011. P. 158-180.
26. Blauert J. Sound localization in median plan // Acoustica. 1969/1970. V. 22. P. 205-213.
27. Blauert J. Spatial Hearing: the Psychophysics of Human Sound Localization. Cambridge, MA: MIT Press, 1983. P. 1-427.
28. Bloom P. J. Creating source elevation illusions by spectral manipulation // J. Audio Eng. Soc. 1977. V. 25. N 6. P. 560-565.
29. Boudreau J.C., Tsuchitani С. Binaural interaction in cat superior olive S-segment II J. Neurophysiol. 1968. V. 31. P. 442-^54
30. Borisyuk A., Semple M.N., Rinzel J. J. Adaptation an inhibition underlie responses to time-varying interaural phase cues in model of inferior colliculus neurons //Neurophysiol. 2002. V. 88. P. 2134-2146.
31. Brugge J.F., Reale R.A., Hind J.E., Chan J.C.K., Musicant A.D., Poon P.W.F. Simulation of free-field sound sources and its application to studies of cortical mechanisms of sound localization in the cat // Hear. Res. 1994. V. 73. P. 67-84.
32. Butler R.A. An analysis of monaural displacement о sound in space // Percept. Psychophys. 1987. V. 41. P. 1-7.
33. Butler R.A., Humanski R.A., Musicant A.D. Binaural and monaural localization of sound in two-dimension space // Perception. 1990. V. 19. P. 241-256.
34. Calford M. В., Pettigrew J. D. Frequency dependence of directional amplification at the cat's pinna // Hear. Res. 1984. V. 14. P. 13-19.
35. Carlile S. The auditory periphery of the ferret. I: Directional response properties and the pattern of interaural differences // J. Acoust. Soc. Amer. 1990a. V. 88. P. 2180-2195.
36. Carlile S. The auditory periphery of the ferret. II: The spectral transformations of the external ear and their implications for sound localization // J. Acoust. Soc. Amer. 1990b. V. 88. P. 2195-2204.
37. Carlile S., Pettigrew A.G. Directional properties of the auditory periphery in the guinea pig // Hear. Res. 1987. V. 31. P. 111-122.
38. Casseday J.H., Enrlich D., Covey E. Neural tuning for sound duration: role of inhibitory mechanisms in the inferior colliculus // Science Wash. 1994.V. 264. P. 847-850.
39. Chen Qi-C., Cain D., Jen P.H.-S. Sound pressure transformation at pinna of Mus domesticus // J. Exp. Biol. 1995. V. 198. P. 2007-2023.
40. Cohen Y.E., Knudsen E.I. Maps versus clusters: different representations of auditory space in the midbrain and forebrain // Trend. Neurosci. 1999. V. 22. P. 128-135.
41. Doan D.E., Saunders J.C. Sensitivity to simulated directional sound motion in the rat primary auditory cortex // J Neurophysiol. 1999. V. 81. P. 2075-2087.
42. Drager U.C. Receptive fields of single cells and topography in mouse visual cortex // J. Comp. Neurol. 1975. V. 160. P. 269-290.
43. Eggermont J.J. Between sound and perception: reviewing the search for a neural code // Hear. Res. 2001. V. 157. P. 1-42.
44. Ehret G. Frequency resolution, spectral filtering and integration on the neuronal level // Auditory function. Neurobiological bases of hearing / Eds. by G.M. Edelman, W.E. Gall, W.M. Cowan. NY: J. Wiley and Sons, 1988. P. 363-384.
45. Ehret G. Hearing in the mouse // The Comparative Psychology of Audition: Perceiving Complex Sounds / Eds. by R.J. Dooling and S.H. Hulse. Hillsdate: Lawrence Erlbaum, 1989. P. 3-32.
46. Ehret G. Preadaptation in auditory system of mammals for phoneme perception // The auditory processing of speech from sound to words / Ed. by M.E.H. Schouten. Berlin: Monton de Cruyter, 1992. P. 99-112.
47. Ehret G. Auditory frequency resolution in mammals: from neuronal representation to perception // Advances in hearing research /Eds. by G.A.Manley, G.M.Klump, C.Koppl, H.Fastl, H. Oeckinghain. Singapore: Word Scientific, 1995. P. 387-397.
48. Ehret G., Dreyer A. Localization of tone and noise in the horisontal plane by unrestrained house mouse (Mus musculus) // J. Exp. Biol. 1984. V. 109. P. 163174.
49. Ehret G., Egorova M., Hage S.R., Muller B.A. Spatial map of frequency tuning-curve in the mouse inferior colliculus // Neuroreport. 2003. V. 14. N. 10. P. 13651369.
50. Ehret G., Merzenich M. Complex sound analysis (frequency resolution, filtering an spectral integration) by single units of the inferior colliculus of the cat // Brain Res. Rev. 1988. V. 13. P. 139-163.
51. Ehret G., Moffat A.J.M. Inferior colliculus of the house mouse. II. Single unit responses to tone, noise and tone-noise combination as function of sound intensity // J. Сотр. Physiol. 1985a.V. 156. P. 619-635.
52. Ehret G., Moffat A.J.M. Inferior colliculus of the house mouse. III. Response probabilities and thresholds of single units to synthesized mouse calls compared to tone and noise bursts // J. Сотр. Physiol. 1985b. V. 156. P. 637-644.
53. Faingold C.L., Anderson C.A.B., Caspary D.M. Involvement of GABA in acoustical-evoked inhibition in inferior colliculus neurons // Hear. Res. 1991.V. 52. P. 201-216.
54. Flannery R, Butler RA Spectral cues provided by the pinna for monaural localization in the horizontal plane // Percept. Psychophys. 1981. V. 29. P. 438444.
55. Firzlaff U., Schuller G., Motion processing in the auditory cortex of the rufous horseshoe bat: role of GABAergic inhibition // Europ. J. Neurosci. 2001.V. 14. P. 168-1701.
56. Flynn W.E., Eliot D.N. Role of the pinna in the hearing // J. Acoust. Soc. Amer. 1965. V. 38. P. 104-105.
57. Fujiki N., Riederer K.A.J., Jousmäki V., Mäkelä J .P., Hari R. Human cortical representation of virtual auditory space: differences between sound azimuth and elevation // Europ. J. Neurosci. 2002. V. 16. P. 2207-2213.
58. Fujita I., Konishi M. The role of GABAergic inhibition in processing of interaural time difference in the owl's auditory system // J. Neurosci. 1991. V. 11. P. 722739.
59. Fuzessery Z.M., Hall J.C. Role of GABA in shaping frequency tuning and creating FM sweep selectivity in the inferior colliculus // J. Neurophysiol. 1996. V. 76. P. 1059-1073.
60. Galambos R., Schwartzkopff J., Rupert A. Microelectrode study of superior olivary nuclei //Am. J. Physiol. 1959. V. 197. P. 527-536.
61. Gardner M.B., Gardner R.S. Problem of localization in the median plan: effect of pinna cavity occlusion // J. Acoust. Soc. Amer. 1973. V. 53. P. 400-408.
62. Gilbert A.G., Pickles J.O. Responses of auditory nerve fibers in the guinea pig to noise bands of different widths // Hear. Res. 1980. V. 2. P. 327-333.
63. Grothe B., Klump G.M. Temporal processing in sensory systems // Curr. Opin. Neurobiol. 2000. V. 10. P. 467^73.
64. Hartmann W.M, Wittenberg A. On the externalization of sound images // J. Acoust. Soc. Amer. 1996. V. 99. P. 3678-3688.
65. Heaner R.S., Masterton, R.B. Sound localization in mammals: Brain-stem mechanisms // Comparative Perception, V. I: Basic Mechanisms / Eds. by Berkley M.A., Stebbins W.C. NY: J. Wiley and Sons, 1990. P. 285-314.
66. Hebrank J., Wright D. Spectral cues used in the localization of sound sources in the median plan // J. Acoust. Soc. Amer. 1974. V. 56. P. 1829-1834.
67. Helfert R.H., Aschoff A. Superior olivar complex and nuclei of the lateral lemniscus // The central auditory system / Eds. by Ehret G., Romand R. NY-Oxford: Oxford Univ. press, 1997. P. 193-258.
68. Henry K.R., McGinn M.D. The mouse as a model for human audition // Audiology. 1992. V. 31. P. 181-189.
69. Hill K.G., Lewis D.B., Hutchings M.E., Coles R.B. Directional hearing in the Japanese quail (Coturnix coturnix japónica). I. Acoustic properties of the auditory system// J. Exp. Biol. 1980. V. 86. P. 135-151.
70. Hofman P.M., Van Riswick J.G., Van Opstal A.J. Relearning sound localization with new ears //Nat. Neurosci. 1998. V. 1. P. 417-421.
71. Hofman P.M., Van Opstal A.J. Bayesian reconstruction of sound localization cues from responses to random spectra // Biol. Cybern. 2002. V. 86. P. 305-316.
72. Huang A. Y., May B. J. Sound orientation behavior in cats. II. Mid-frequency spectral cues for sound localization // J. Acoust. Soc. Amer. 1996a. V. 100. P. 1070-1080.
73. Huang A.Y., May B.J. Spectral cues for sound localization in cats: Effects of frequency domain on minimum audible angles in the median and horizontal planes // J. Acoust. Soc. Amer. 1996b, V. 100. P. 2341-2348.
74. Ingham N.J., Hart H.C., McAlpine D. Spatial receptive fields of inferior colliculus neurons to auditory apparent motion in free field // J. Neurophysiol. 2001. V. 85. P. 23-33.
75. Irvine, D.R.F. A review of the structure and function of auditory brainstem processing mechanisms // Progress in sensory physiology / Ed. by Ottoson D. Berlin: Springer-Verlag, 1986. V.7. P. 1-279.
76. Ivarsson C., de Ribaupierre Y., de Ribaupierre F. Functional ear asymmetry in vertical localization // Hear. Res. 1980. V. 3. P. 221-232.
77. Jacobson G., Poganiatz I., Nelken I. Synthesizing spatially complex sound in virtual space: an accurate offline algorithm // J. Neurosci. Methods. 2001. V. 106. P. 29-38.
78. Javel E., Geisler C.D., Ravindran A. Two-tone suppression in auditory nerve of the cat: rate intensity and temporal analyses // J. Acoust. Soc. Am. 1978. V. 63. P. 1093-1104.
79. Jeffress L.A. A place theory of sound localization // J. Comp. Physiol. Psychol. 1948. V. 41. P. 35-39.
80. Jenison R.L. Correlated cortical populations can enhance sound localization performance //J. Acoust. Soc. Am. 2000. V. 107. P. 414-^21.
81. Jenison R.L. Decoding first-spike latency: A likelihood approach // Neurocomputing. 2001. V.38-40. P. 239-248.
82. Jenison RL, Neelon MF, Reale RA, Brugge JF. Synthesis of virtual motion in 3D auditory space // IEEE Eng. Med. Biol. 1998. V. 20. P. 1096-1100.
83. Jenison R.L., Schnupp J. W. H., Reale R. A., Brugge J. F. Auditory space-time receptive field dynamics revealed by spherical white-noise analysis // J. Neurosci. 2001. V. 21. N 12. P. 4408—4415.
84. Jiang H., Lepore F., Poirier P., Guillemot J.-P. Responses of cells to stationary and moving sound stimuli in the anterior ectosylvian cortex of cats // Hear. Res. 2000. V. 139. P. 69-85.
85. Joris P.X. Response classes in the dorsal cochlear nucleus and its output tract i the chloralose-anesthetized cat // J. Neurocsi. 1998. V. 18. P. 3955-3966.
86. Kautz D., Wagner H. GABAergic inhibition influences auditory motion-direction sensitivity in barn owls //J. Neurophysiol. 1998. V. 80. P. 172-185.
87. Keller C.H., Hartung K., Takahaschi T.T. Head-related transfer functions of the barn owl: measurement and neuronal responses // Hear. Res. 1998. V. 118. P. 1334.
88. Kiang N.Y.S., Watanabe Т., Thomas E.C., Clark L.F. Discharge patterns of single fibers in the cat's auditory nerve (Research monograph 35). 1965. Cambridge, MA. MIT Press. P.l-154.
89. King A.J., Hutchings M.E. Spatial response properties of acoustically responsive neurons in the superior colliculus of the ferret: a map of auditory space // J. Neurophysiol. 1987. V.57. P. 596-624.
90. King A.J., Jan W.H. Schnupp J.W.H., Doubell T. P. The shape of ears to come: dynamic coding of auditory space // Trends in Cognitive Sciences. 2001. V. 5. N 6. P. 261-270.
91. Kleiser A., Schuller G. Responses of collicular neurons to acoustic motion in the horseshoe bat Rhinolophus rouxi // Naturwiss. 1995. V. 82. P. 337-340.
92. Knudsen E.I., Konishi M. Center-surround organization of auditory receptive fields in the owl // Science Wash. 1978. V. 202. P. 778-780.
93. Kulkarni A., Colburn H.S. Role spectral detail in sound-source localization // Nature. 1998. V. 396. P. 747-749.
94. Kuwada S., Batra R., Stanford T. R. Monaural and binaural response properties of neurons in the inferior colliculus of the rabbit: effects of sodium pentobarbital // J. Neurophysiol. 1989. V. 61. P. 269-282.
95. Kuwada S., Batra R., Yin T. C., Oliver D. L., Haberly L. B., Stanford T. R. Intracellular recordings in response to monaural and binaural stimulation of neurons in the inferior colliculus of the cat // J. Neurosci. 1997. V. 17. P. 75657581.
96. Langner G., Albert M., Briede T. Temporal and spatial coding of periodicity information in the inferior colliculus of awake chinchilla (Chinchilla laniger) // Hear. Res. 2002. V. 168. P. 110-130.
97. Le Beau F.F.N., Malmierca M.S., Rees A. The role of inhibition in determining neuronal response properties in the inferior colliculus // Advances in Hearing Research // Eds. by G.A. Manley et al. Singapore: Words Scientific Publ., 1995. P. 300-311.
98. Le Beau F.F.N., Malmierca M.S., Rees A. Contribution of GABA- and glicin-mediated inhibition to monaural temporal response properties of neurons in inferior colliculus // J. Neurophysiol. 1996. V. 75. P. 902-919.
99. Lopez-Poveda E.A., Meddis R. A physical model of sound diffraction and reflections in the human cochlea // J. Acoust. Soc. Amer. 1996. V. 100. P. 32483259.
100. Lu Y., Jen P.H.-S., Zheng Q.-Y. GABAergic disinhibition changes the recovery cycle of bat inferior collicular neurons // J. Comp. Physiol. A. 1997. V. 181. P. 331-341.
101. Lyon R., Shamma, S. Auditory representation of timbre and pitch // Auditory Computations / Eds by Hawkins H. et al. NY: Springer-Verlag , 1996. P. 221-270.
102. Malone B., Semple M.N. Effects of stimulus context on the representation of frequency in the gerbil inferior colliculus // J. Neurophysiol. 2001. V. 86. P. Ill 3— 1130.
103. Malone B., Scott B.H., Semple M.N. J. Context-dependent adaptive coding of interaural phase disparity in the cortex of awake macaques // Neurosci. 2002. V. 22(11). P. 4625-4638.
104. Manley G. Peripheral Hearing Mechanisms in Reptiles and Birds. NY: SpringerVerlag, 1990.
105. Masterton, R.B. Neurobehavioral studies of the central auditory system // Ann. Otol. Rhinol. Laryngol. 1997. V. 106. P. 31-34.
106. Mateeff S., Hohnsbein J. Dynamic auditory localization: perceived position of a moving sound source // Acta. Physiol. Pharmacol. Bulg. 1988. V. 14. P. 8-32.
107. May B.J., Huang A.Y. Sound orientation behavior in cats: I. Localization of broadband noise // J. Acoust. Soc. Amer. 1996. V. 100. P. 1059-1069.
108. May B.J., Huang A.Y.J. Spectral cues for sound localization in cats: A model for discharge rate representations in the auditory nerve // Acoust. Soc. Amer. 1997. V. 101. P. 2705-2719.
109. May B.J. Role of the dorsal cochlear nucleus in the sound localization behavior of cats // Hear. Res. 2000. V. 148. P.74-87.
110. Meininger V., Pol D., Derer P. The inferior colliculus of the mouse. A Nissl and Goldgy study // Neurosci. V. 17. P. 1159-1179.
111. McAlpine D., Jain D., Shackleton T.M., Palmer A.R. Convergent input brainstem coincidence detectors onto delay sensitive neurons in the inferior colliculus // J. Neurosci. 1998. V. 18. P. 6026-6039.
112. McAlpine D., Jain D., Shackleton T.M., Palmer A.R. Responses of neurons in the inferior colliculus to dynamic interaural phase cues: evidence for a mechanism of binaural adaptation//!. Neurophysiol. 2000. V. 83. P. 1356- 1365.
113. McAlpine D., Palmer A.R. Blocking GABAergic inhibition increases sensitivity to sound motion cues in the inferior colliculus // J. Neurosci. 2002. V. 22. N. 4. P. 1443-1453.
114. McFadden S.L., Willot J.F. Response of inferior colliculus neurons in C57BL/6J mice with and without sensorineural hearing loss: effect of changing the azimuthal location of unmasked pure-tone stimulus // Hear. Res. 1994. V. 78. P. 115-131.
115. Mehrgardt S., Meliert V. Transformation characteristics of the external human ear // J. Acoust. Soc. Amer. 1977. V. 61. P. 1567-1576.
116. Middlebrooks J.C. Binaural mechanism of spatial tuning in the cat's superior colliculus distinguished used monaural occlusion // J. Neurophysiol. 1987. V. 57. P. 688-701.
117. Middlebrooks J.C. Narrow-band sound localization related to external ear acoustics // J. Acoust. Soc. Amer. 1992. V. 92. P. 2607-2624.
118. Middlebrooks J.C. Individual differences in external-ear transfer functions reduced by scaling in frequency// J. Acoust. Soc. Amer. 1999a. V. 106. P. 14801492.
119. Middlebrooks J.C. Virtual localization improved by scaling nonindividualized external-ear transfer functions in frequency // J. Acoust. Soc. Amer. 1999b. V. 106. P. 1493-1510.
120. Middlebrooks J.C., Clock A.E., Xu L., Green D.M. A panoramic code for sound location by cortical neurons // Science. 1994. V. 264. P. 842-844.
121. Middlebrooks J.C., Green D.M. Sound localization by human listeners // Ann. Rev. Psychol. 1991. V. 42. P. 135-159.
122. Middlebrooks J.C., Makous J.C., Green D.M. Directional sensitivity of sound-pressure levels in the human ear canal // J. Acoust. Soc. Amer. 1989. V. 86. P. 89 -108.
123. Middlebrooks J.C., Knudsen E.I. A neural code of auditory space in the cat's superior colliculus // J. Neurosci. 1984. V. 4. P. 2621-2634.
124. Middlebrooks J.C., Knudsen E.I. Changes in external ear position modify the spatial tuning of auditory units in the cat's superior colliculus // J. Neurophysiol. 1987. V. 57. P. 672-687.
125. Middlebrooks J.C., Pettigrew J.D. Functional classes of neurons in primary auditory cortex of cat distinguished by sensitivity to sound location // J. Neurosci. 1981. V. l.P. 107-120.
126. Middlebrooks J.C., Xu L., Gren D.M. Codes for sound location for nontopic auditory cortex // J. Neurophysiol. 1998. V. 80. P. 863-881.
127. Moiseff A. Bi-coordinate sound localization by the barn owl // J. Comp. Physiol. A Sens. Neural Behav. Physiol. 1989. V. 164. P. 637-644.
128. Moiseff A., Konishi A. Neural and behavioral sensitivity to binaural time differences in the owl // J. Neurosci. 1981. V. 1. P. 40-48.
129. Moiseff A., Konishi A. Binaural characteristics of units in the owl's brainstem auditory pathway: precursors of restricted spatial receptive fields // J. Neurocsi. 1983. V. 3. P. 2553-2562.
130. Moore B.C.J., Old^eld S.R., Dooley G.J. Detection and discrimination of spectral peaks and notches at 1 and 8 kHz // J. Acoust. Soc. Am. 1989. V. 85. P. 820-835.
131. Moore D.R., Semple M.N., Addison P.D., Aitkin L.M. Properties of spatial receptive fields in the central nucleus of cat inferior colliculus. I. Responses to tones of low intensity // Hear. Res. 1984a. V. 13. P. 159-174.
132. Moore D.R., Hutchings M.E., Addison P.D., Semple M.N., Aitkin L.M. Properties of spatial receptive fields in the central nucleus of cat inferior colliculus. II. Stimulus intensity effects // Hear. Res. 1984b. V. 13. P. 175-188.
133. Mrsic-Flogel T.D., King A.J., Jenison R.L., Shnupp J.W.H. Listening through different ears alters spatial response fields in ferret primary auditory cortex // J. Neurophysiol. 2001. V. 86. P. 1043-1046.
134. Musicant A.D, Butler R.A. The psychophysical basis of monaural localization // Hear. Res. 1984. V. 14. P. 185-190.
135. Musicant A.D., Chan J.C.K., Hild J.E. Direction-dependent spectral properties of cat external ear: New data and cross-species comparisons // J. Acoust. Soc. Amer. 1990. V. 87. P. 757-781
136. Nelken I., Young E.D. Two separate inhibitory mechanisms shape the responses of dorsal cochlear nucleus type IV units to narrowband and wideband stimuli // J. Neurophysiol. 1994. V. 71. P. 2446-2462.
137. Neti C., Young E.D., Schneider M.N. Neural network models of sound localization base on directional filtering by the pinna // J. Acoust. Soc. Amer. 1992. V. 93. P. 3140-3156.
138. Oldfield S.R., Parker S.P. Acuity of sound localization: a topography of auditory space. II. Pinna cues absent // Perception. 1984. V. 13. P. 601-617.
139. Oldfield S.R., Parker S.P. Acuity of sound localization: a topography of auditory space. III. Monaural hearing condition // Perception. 1986. V. 15. P. 67-81.
140. Oliver D.L., Morest D.K. The central nucleus of the inferior colliculus in the cat // J. Comp. Neurol. 1984. V. 222. P. 237-264.
141. Oliver D.L., Winer J.A., Beckius G.E., Saint Mari R.L. Morphology of GABAergic neurons in the inferior colliculus of the cat // J. Comp. Neurol. 1994. V. 340. P. 27-42.
142. Park TJ., Pollak G.D. GABA shapes a topographic organization of response latency in the mustache bat's inferior colliculus // J. Neurosci. 1993a. V.13. P. 5172-5187.
143. Park T.J., Pollak G.D. GABA shapes sensitivity to interaural intensity disparities in the mustache bat's inferior colliculus: implications for encoding sound location // J. Neurosci. 1993b. V. 13. P. 2050-2067.
144. Parsons C.H., Richard G.L., Schnupp J.W.H., King A.J. Effects of altering spectral cues in infancy on horizontal and vertical sound localization by adult ferrets // J. Neurophysiol. 1999. V. 82. P. 2294-2309.
145. Pearce M., Richter C.-P., Cheatham M.A. A reconsideration of sound calibration in the mouse // J. Neurosci. Methods. 2001. V. 106. P. 57-67.
146. Perrott D.R., Musicant A.D. Minimum auditory movement angle: binaural localization of moving sound sources // J. Acoust. Soc. Am. 1977. V. 62. P. 14631466.
147. Perrott D.R., Musicant A.D. Dynamic minimum audible angle: binaural spatial acuity with moving sound sources // J. Aud. Res. 1981. V. 21. P. 287-295.
148. Phillips D. P., Brugge J.F. Progress in neurophysiology of sound localization // Ann. Rev. Psychol. 1985. V. 36. N 2. P. 245-274.
149. Phillips D.P, Calford M.B., Pettigrew J.D., Aitkin L.M., Semple M.N. Directionality of sound transformation at cat's pinna // Hear. Res. 1982. V. 8. P. 13-28.
150. Pickles J.O. An introduction to the Physiology of Hearing. London: Academic Press, 1988.
151. Populin, L.C., Yin, T.C.T. Pinna movements of the cat during sound localization // J. Neurosci. 1998. V. 18. P. 4233 -4243.
152. Poon P.W.F., Brugge J.F. Sensitivity of auditory nerve fibers to spectral notches // J. Neurophysiol. 1993a. V. 70. P. 655-666.
153. Poon P.W.F., Brugge J.F. Virtual space receptive fields of single auditory nerve fibers // J. Neurophysiol. 1993b. V. 70. P. 667-676.
154. Poirier P., Samson F.K., Imig T.J. Directional mechanisms and preferences of single units in the cat's inferior colliculus (IC) // Soc. Neurosci. Abstr. 1996. V. 22. 350.9
155. Poirier P, Samson F.K, Imig T.J. Spectral shape sensitivity contributes to the azimuth tuning of neurons in the cat's inferior colliculus // J. Neurophysiol. 2003. V. 89. P. 2760-2777.
156. Rauschecker J.P., Tian B., Pons T., Mishkin M. Serial and parallel processing in rhesus monkey auditory cortex//J. Comp. Neurol. 1997. V. 382. P. 89-103.
157. Reale R. A., Brugge J.F. Directional sensitivity of neurons in the primary auditory (AI) cortex of cat to successive sounds ordered in time and space // J. Neurophysiol. 2000. V. 84. P. 435-450.
158. Reetz G., Ehret G. Inputs from three brainstem sources to identified neurons of mouse inferior colliculus slice // Brain Res. 1999. V. 816: 527-543.
159. Rhode W.S. Responses to sound of vertical cells in cat dorsal cochlear nucleus // J. Neurophysiol. 1999. V. 82. P. 1019-1032.
160. Rice J.J., May B.J., Spirou G.A., Young E.D. Pinna-based spectral cues for sound localization in cat // Hear. Res. 1992. V. 58. N 2. P. 132-152.
161. Rice J.J., Young E.D., Spirou G.A. Auditory nerve encoding of pinna-based spectral cues: Rate representation of high frequency stimuli // J. Acoust. Soc. Amer. 1995. V. 97. P. 1764-1776.
162. Rockel A.J., Jones E.G. The neuronal organization of the inferior colliculus of the adult cat. I. The central nucleus // J. Comp. Neurol. 1973. V. 147. P. 11-60.
163. Rogers M.E., Butler A. The linkage between stimulus frequency and covert peak areas as it relates to monaural localization // Percept. Psychophys. 1992. V. 52. N 5. P. 536-546.
164. Rhode W.S., Smith P.H. Encoding timing and intensity in the ventral cochlear nucleus of the cat // J. Neurophysiol. 1986. V. 56. P. 261-286.
165. Rhode W.S. Response to sound of vertical cells in cat dorsal cochlear nucleus // J. Neurophysiol. 1999. V. 826. P. 1019-1032.
166. Roffler S.A., Buttler R.A. Factors that influence the localization of sound in the vertical plane // J. Acoust. Soc. Amer. 1968a. V. 43. N 6. P. 1255-1260.
167. Roffler S.A., Buttler R.AJ. Localization of tonal stimuli in the vertical plane // J. Acoust. Soc. Amer. 1968b. V. 43. P. 1260-1266.
168. Romand R., Avan P. Anatomical and functional aspects of the cochlear nucleus // The central auditory system / Eds. by Ehret G., Romand R. NY-Oxford: Oxford Univ. Press, 1997. P. 97-191.
169. Romand R., Ehret G. Development of tonotopy in the inferior colliculus. I. Electrophysiological mapping in house mice // Dev. Brain Res. 1990. V. 54. P. 221-234.
170. Romanski L.M., Tian B., Fritz J., Goldman-Rakis P.S., Rauschecker J. Dual streams of auditory afferents target multiple domains in primate prefrontal cortex // Nat. Neurosci. 1999. V. 2. P. 1131-1136.
171. Rouiller E.M. Functional organization of the auditory pathways // The central auditory system / Eds. by Ehret G., Romand R. NY-Oxford: Oxford Univ. Press, 1997. P. 3-96.
172. Ruggero M.A. Response to noise of auditory nerve fibers in the squirrel monkey // J. Neurophysiol. 1973. V. 36. P. 569-587.
173. Sachs M.B. Stimulus-response relation for auditory-nerve fibers: two-tone stimuli // J. Acoust. Soc. Amer. 1969. V. 45. P.1025-1036.
174. Sachs M.B., Kiang N.Y.S. Two-tone inhibition in auditory-nerve fiber // J. Acoust. Soc. Amer. 1968. V. 43. P.l 120-1128.
175. Samson F.K, Clarey J.C, Barone W.P., Imig T.J. Physiological mechanisms of directional selectivity in the cat's primary auditory cortex (AI) revealed by ear occlusion // Soc. Neurosci. Abstr. 1990. V. 16.299.19.
176. Samson F.K, Clarey J.C, Barone W.P., Imig T.J. Elevation sensitivity of azimuth sensitive neurons in cat auditory cortex (AI) // Soc. Neurosci. Abstr. 1991. V. 17. 124.4
177. Samson F.K, Clarey J.C, Barone W.P., Imig T.J. Effects of plugging on single-unit azimuth sensitivity in cat primary auditory cortex. I. Evidence for monaural directional cues // J. Neurophysiol. 1993. V. 70. N 2. P.492-510.
178. Samson F.K, Barone W.P, Clarey J.C, Imig T.J. Effects of ear plugging on single-unit azimuth sensitivity in cat primary auditory cortex. II. Azimuth tuning dependent upon binaural stimulation // J. Neurophysiol. 1994. V. 71. P. 21942216.
179. Samson F.K, Barone W.P, Irons W.A, Clarey J.C, Poirier P, Imig T.J. Directionality derived from differential sensitivity to monaural and binaural cues in cat's medial geniculate body // J. Neurophysiol. 2000. V. 84. P. 1330-1345.
180. Sanes D. H., Malone B. J., Semple M. N. Role of synaptic inhibition in processing of dynamic binaural level stimuli // J. Neurosci. 1998. V. 18. P. 794-803.
181. Schnupp J.W.H., King A. J., Carlile S. Altered spectral localization cues disrupt the development of the auditory space map in the superior colliculus of the ferret // J. Neurophysiol. 1998. V. 9. P. 1053-1069.
182. Schreiner C.E., Langner G. Periodicity coding in the inferior colliculus of the cat. II. Topographical organization // J. Neurophysiol. 1988. V. 60. P. 1823-1840.
183. Semple M. N., Aitkin L.M., Calford M.B., Pettigrew J.D., Phillips D.P. Spatial receptive field in the cat inferior colliculus // Hear. Res. 1983. V. 10. P. 203-215.
184. Shamma S. On the role of space and time in auditory processing // Trends in Cognitive Sciences. 2001. V. 5 N 8. P. 340-348.
185. Shaw E.A., Teranishi R. Sound pressure generated in an external-ear replica and real human ears by a nearby point source // J. Acoust. Soc. Amer. 1968. V. 44. P. 240 249.
186. Shaw E.A.G. Transformation of sound pressure level from the free field to the eardrum in the horizontal plan //1974. J. Acoust. Soc. Amer. V. 56. P. 1848-1861.
187. Shaw E.A.G. External ear response and sound localization // Localization of sound: Theory and Applications / Ed. by R. Gatehouse. Groton, CT: Amphora, 1982. P. 30-41.
188. Slattery Y.W.H., Middlebrooks J.C. Monaural sound localization: acute versus chronic unilateral impairment // Hear. Res. 1994. V. 75. P. 38-46.
189. Sidman R.L., Angevin j.B., Pierce E.T. Atlas of mouse brain and spinal cord. Boston: Harvard Univ. Press, 1971.
190. Sovijarvi A.R.A., Hyvarinen J. Auditory cortical neurons in the cat sensitive to the direction of sound source movement // Brain Res. 1974. V. 73. P. 455-471.
191. Spezio M.L., Keller C.H., Marrocco R.T., Takahashi T.T. Head-related transfer functions of the Rhesus monkey // Hear. Res. 2000. V. 144. P. 73-88.
192. Spirou G.A., Rice J.J., Young E.D. Interneurons of the dorsal cochlear nucleus shape the responses of principal cells to coming sounds // Auditory physiology an perception / Eds. by Y. Cazal Horner and L. Demany. Oxford: Pergamon, 1992. P. 389-396.
193. Spirou G.A., Young E.D. Organization of dorsal cochlear nucleus type IV unit response maps and their relationship to activation by bandlimited noise // J. Neurophysiol. 1991. V. 66. N 5. P. 1750-1768.
194. Spitzer M.W., Semple M.N. Responses of inferior colliculus neurons to time-varying interaural phase disparity: effects of shifting the locus of virtual motion // J. Neurophysiol. 1993. V. 69. P. 1245-1263.
195. Spitzer M.W., Semple M.N. Transformation of binaural response properties in the ascending auditory pathway: influence of time-varying interaural phase disparity // J. Neurophysiol. 1998. V. 80. P. 3062-3076.
196. Sterbing S.J., Hartung K., Hoffmann K.-P., Blauert J. Auditory spatial tuning of inferior colliculus neurons in the guinea pig // Soc. Neurosci. Abstr. 1996. V. 22. 350.7
197. Sterbing S.J., Hartung K., Hoffmann K.-P. Representation of sound source direction in the superior colliculus of the guinea pig in a virtual auditory environment // Exp. Brain Res. 2002. V. 142. P. 570-577.
198. Stiebler I., Ehret G. Inferior colliculus of the house mouse. I. A quantitative study of tonotopic organization, frequency representation and tone-threshold distribution // J. Comp. Neurology. 1985. V. 238. P. 65-76.
199. Sutherland D.P., Masterton R.B., Glendenning K.K. Role of acoustic striae in hearing: Reflexive responses to elevated sound sources // Behav. Brain Res. 1998. V. 97. P. 1-12.
200. Thompson G.C., Masterton R.B. Brain stem auditory pathways involved in reflexive head orientation to sound // J. Neurophysiol. 1978. V. 41. P. 1183-1202.
201. Thornton S.K., Semple M.N., Sanes D. H. Conditioned enhancement and suppression in the developing midbrain // Europ. J. Neurosci. 1999. V. 11. P. 1414-1420.
202. Thurlow W.R., Runge P.S. Effect of imduced head movements on localization of direction of sound // J. Acoust. Soc. Amer. 1967. V. 42. P. 480-488.
203. Thurlow W.R., Mangels I.W., Runge P.S. Head movements during sound localization // J. Acoust. Soc. Amer. 1967. V. 42. P. 488^93.
204. Tian B., Reser D., Durham A., Kustov A., Rauschecker J.P. Functional specialization in rhesus monkey auditory cortex // Science. 2001. V. 292. P. 290293.
205. Toronchuck J.M., Stumpf E., Cynander M.S. Auditory cortex neurons sensitive to correlates of auditory motion: underlying mechanisms // Exp. Brain. Res. 1992. V. 88. P. 169-180.
206. Vater M., Habbicht H., Kossl M., Grothe B. The functional role of GABA and glicine in monaural and binaural processing in the inferior colliculus of horseshoe bats // J. Comp. Physiol. 1992. V. 171. P. 541-553.
207. Voigt H.F., Young E.D. Cross-correlation analysis of inhibitory interactions in dorsal cochlear nucleus // J. Neurophysiol. 1990. V. 64. P. 1590-1610.
208. Wagner H., Kautz D., Poganiatz I. Principles of acoustic motion detection in animals and man // Trends Neurosci. 1997. V. 20. P. 583-588.
209. Wagner H., Takahashi T. Influence of temporal cues on acoustic motion-direction sensitivity of auditory neurons in the owl // J. Neurophysiol. 1992. V. 68. P. 20632076.
210. Warren J.D., Zielinski B.A., Green G.G.R., Rauschecker J.P., Griffiths T.D. Perception of sound-source motion by the human brain // Neuron. 2002. V. 34. P. 139-148.
211. Watkins A.J. Psychoacoustical aspects of synthesized vertical local cues // J. Acoust. Soc. Amer. 1978. V. 63. P. 1152-1165.
212. Wenzel, E.M., Arruda M., Kistler D.J., Wightman F.L. Localization using nonindividualized head-related transfer functions // J. Acoust. Soc. Amer. 1993. V. 94. P. 111-123.
213. Wigtman F.L., Kistler D.J., Perkins M.E. A new approach to the study of human sound localization // Directional hearing / Eds. By W.M. Yost, G. Gourevitch. NY: Springier-Verlag, 1987. P. 27-48.
214. Wightman F.L, Kistler D.J. Headphone simulation of free-field listening. I. Stimulus synthesis // J. Acoust. Soc. Amer. 1989a. V. 85. P. 858-867.
215. Wightman F.L, Kistler D.J. Headphone simulation of free-field listening. II. Psychophysical validation // J. Acoust. Soc. Amer. 1989b. V. 85. P. 868-878.
216. Wightman F.L., Kistler D.J. Monaural sound localization revisited // J. Acoust. Soc. Amer. 1997. V. 101. P. 1050-1063.
217. Wightman F., Kistler D. Of vulcan ears, human ears and 'earprintsV/ Nat. Neurosci. 1998. V. 1. N 5. P. 337-339.
218. Wilson W.W., O'Neill W.E. Auditory motion induces directionally dependent receptive field shifts in inferior colliculus neurons // J Neurophysiol. 1998. V. 79. P.2040-2062.
219. Wu S.H., Ma C.L., Sivaramakrishnan S., Oliver D.L. Synaptic modification in neurons of the central nucleus of the inferior colliculus //Hear. Res. 2002. V. 168. P. 43-54.
220. Wurtz R.H., Albano J.E. Visual-motor function of the primate superior colliculus // Ann. Rev. Neurosci. 1980. V. 3. P.189-226.
221. Xu L., Furukava S., Middlebrooks J.C Sensitivity to sound-source elevation in nontonotopic auditory cortex// J. Neurophysiol. 1998. V. 80. P. 882-894.
222. Xu L., Furukava S., Middlebrooks J.C. Auditory cortical responses in the cat to sounds that produce spatial illusions // Nature. 1999. V. 399. P. 688-690.
223. Yang L., Pollak G.D., Resler C. GABAergic circuits sharpen tuning curves and modify response properties in the mustache bat inferior colliculus II J. Neurophysiol. 1992. V. 68. P. 1760-1774.
224. Yin T.C.T., Chan J.C.K. Interaural time sensitivity in medial superior olive of cat // J. Neurophysiol. 1990. V. 64. P. 465^188.
225. Yin T.C.T., Kuwada S. J. Binaural interaction in low-frequency neurons in inferior colliculus of the cat. II. Effects of changing rate and direction of interaural phase II Neurophysiol. 1983. V. 50. P. 1000-1019.
226. Young E.D., Spirou G.A., Rice J.J., Voigt H.F., 1992. Neural organization and responses to complex stimuli in the dorsal cochlear nucleus // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 1992. V. 336. P. 407-413.
227. Zakarouskas P., Cynader M. S. A computational theory of spectral cue localization II J. Acoust. Soc. Amer. 1993 . V. 94. P. 1323-1331.
228. Zatorre R.J., Bouffard M., Ahad P., Belin, P. Where is "where" in human auditory cortex? // Nat. Neurosci. 2002. V. 5. N 9. P. 905-909.
-
Малинина, Евгения Сергеевна
-
доктора биологических наук
-
Санкт-Петербург, 2004
-
ВАК 03.00.13
- Дирекциональные свойства элементов церкальной системы сверчка (по данным внутриклеточной регистрации активности)
- Функциональная роль внутрикортикальных тормозных процессов
- Структурно-функциональная организация колонок нейронов тактильного анализатора крысы в зоне проекции вибрисс
- Инерционные процессы в слуховой системе при локализации приближающегося звукового образа
- Электрофизиологическое исследование стереокинетического механизма на уровне верхнего двухолмия кошки
