Временная шкала адаптации при обработке звуковых последовательностей нейронами первичной слуховой коры бодрствующих мышей (mus musculus)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые исследовали постстимульную слуховую адаптацию нейронов первичных полей слуховой коры у бодрствующих домовых мышей к звуковым последовательностям, образованным четырьмя 100-миллисекундными тональными сигналами, частота которых соответствовала характеристической частоте нейрона, интервал между тональными составляющими одной последовательности был одинаков, а в разных последовательностях варьировал от 0 до 2000 мс. Анализ полученных результатов продемонстрировал эффект адаптации в ответах подавляющего большинства исследованных нейронов, выражавшийся в отсутствие активности или значительном снижении активности, вызванной следующими за первым компонентами серии звуков, при межстимульных интервалах 0–500 мс. Количественная оценка проявления адаптации в зависимости от величины межстимульных интервалов в последовательности тонов по всей популяции исследуемых нейронов выявила сходство временных шкал адаптации бодрствующих и наркотизированных мышей.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. А. Егорова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ema6913@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

А. Г. Акимов

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: ema6913@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Г. Д. Хорунжий

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Email: ema6913@yandex.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Adrian ED (1928) The basis of sensation. New York. W.W. Norton.
  2. Бибиков НГ (2010) Нейрофизиологические механизмы слуховой адаптации. II. Эффекты последействия. Успехи физиол. наук 41(4): 77–92. [Bibikov NG (2010) Neurophysiological mechanisms of auditory adaptation. II. Aftereffects. Advanc Physiol Sci 41(4): 77–92. (In Russ)].
  3. Ulanovsky N, Las L, Farkas D, Nelken I (2004) Multiple time scales of adaptation in auditory cortex neurons. J Neurosci 24(46): 10440–10453. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1905-04.2004
  4. Malmierca MS, Sanchez-Vives MV, Escera C, Bendixen A (2014) Neuronal adaptation, novelty detection and regularity encoding in audition. Front Syst Neurosci 8: 111. https://doi.org/10.3389/fnsys.2014.00111
  5. Valdés-Baizabal C, Carbajal GV, Pérez-González D, Malmierca MS (2020) Dopamine modulates subcortical responses to surprising sounds. PLoS Biol 18(10): e3000744. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000984
  6. Bregman AS (1990) Auditory scene analysis. The Perceptual Organization of Sound. Cambridge. MA. MIT Press.
  7. MacDougall-Shackleton SA, Hulse SH, Gentner TQ, White W (1998) Auditory scene analysis by European starlings (Sturnus vulgaris): Perceptual segregation of tone sequences. J Acoust Soc Am 103(6): 3581–3587. https://doi.org/10.1121/1.423063
  8. Kanwal JS, Medvedev AV, Micheyl C (2003) Neurodynamics for auditory stream segregation: tracking sounds in the mustached bat’s natural environment. Network 14(3): 413–435. https://doi.org/10.1088/0954-898X_14_3_303
  9. Gaub S, Ehret G (2005) Grouping in auditory temporal perception and vocal production is mutually adapted: the case of wriggling calls of mice. J Comp Physiol A 191: 1131–1135. https://doi.org/10.1007/s00359-005-0036-y
  10. Pérez-González D, Malmierca MS, Covey E (2005) Novelty detector neurons in the mammalian auditory midbrain. Europ J Neurosci 22(11): 2879–2885. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2005.04472.x
  11. Pérez-González D, Hernández O, Covey E, Malmierca MS (2012) GABAA-mediated inhibition modulates stimulus-specific adaptation in the inferior colliculus. PLoS One 7(3): e34297. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0034297
  12. Anderson LA, Malmierca MS (2012) The effect of auditory cortex deactivation on stimulus-specific adaptation in the inferior colliculus of the rat. Eur J Neurosci 37(1): 52–62. https://doi.org/10.1111/ejn.12018
  13. Malmierca MS, Cristaudo S, Pérez-González D, Covey E (2009) Stimulus-specific adaptation in the inferior colliculus of the anesthetized rat. J Neurosci 29(17): 5483–5493. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.4153-08.2009
  14. Valdés-Baizabal C, Casado-Román L, Bartlett EL, Malmierca MS (2021) In vivo whole-cell recordings of stimulus-specific adaptation in the inferior colliculus. Hear Res 399: 107978. https://doi.org/10.1016/j.heares.2020.107978
  15. Anderson LA, Christianson GB, Linden JF (2009) Stimulus-specific adaptation occurs in the auditory thalamus. J Neurosci 29(22): 7359–7363. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0793-09.2009
  16. Antunes FM, Malmierca MS (2011) Effect of auditory cortex deactivation on stimulus-specific adaptation in the medial geniculate body. J Neurosci 31(47): 17306–17316. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1915-11.2011
  17. Malinina ES, Egorova MA, Khorunzhii GD, Akimov AG (2016) The time scale of adaptation in tonal sequence processing by the mouse auditory midbrain neurons. Dokl Biol Sci 470: 209–213. https://doi.org/10.1134/S001249661605001X
  18. Egorova MA, Malinina ES, Akimov AG, Khorunzhii GD (2018) Adaptation of different types of neurons in the midbrain auditory center to sound pulse sequences. J Evol Biochem Physiol 54(6): 482–486. https://doi.org/10.1134/S002209301806008X
  19. Egorova MA, Akimov AG (2020) Specialization of neurons with different response patterns in the mouse Mus musculus auditory midbrain and primary auditory cortex during communication call processing. J Evol Biochem Physiol 56: 406–414. https://doi.org/10.1134/S0022093020050038
  20. Egorova MA, Khorunzhii GD, Akimov AG (2019) The timescale of adaptation in tonal sequence processing by mouse primary auditory cortical neurons. J Evol Biochem Physiol 55: 497–501. https://doi.org/10.1134/S0022093019060085
  21. Joachimsthaler B, Uhlmann M, Miller F, Ehret G, Kurt S (2014) Quantitative analysis of neuronal response properties in primary and higher-order auditory cortical fields of awake house mice (Mus musculus). Eur J Neurosci 39(6): 904–918. https://doi.org/10.1111/ejn.12478
  22. Joachimsthaler B, Brugger D, Skodras A, Schwarz C (2015) Spine loss in primary somatosensory cortex during trace eyeblink conditioning. J Neurosci 35(9): 3772–3781. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2043-14.2015
  23. Egorova MA (2005) Frequency selectivity of neurons of the primary auditory field (A1) and anterior auditory field (AAF) in the auditory cortex of the house mouse (Mus musculus). J Evol Biochem Physiol 41: 476–480. https://doi.org/10.1007/s10893-005-0085-4
  24. Ehret G, Riecke S (2002) Mice and humans perceive multiharmonic communication sounds in the same way. Proc Natnl Acad Sci U S A 99(1): 479–482. https://doi.org/10.1073/pnas.012361999
  25. Stiebler I, Neulist R, Fichtel I, Ehret G (1997) The auditory cortex of the house mouse: left-right differences, tonotopic organization and quantitative analysis of frequency representation. J Comp Physiol A 181: 559–571. https://doi.org/10.1007/s003590050140
  26. Duque D, Malmierca MS (2015) Stimulus-specific adaptation in the inferior colliculus of the mouse: anesthesia and spontaneous activity effects. Brain Struct Funct 220: 3385–3398. https://doi.org/10.1007/s00429-014-0862-1
  27. Nieto-Diego J, Malmierca MS (2016) Topographic distribution of stimulus-specific adaptation across auditory cortical fields in the anesthetized rat. PLoS Biol 14(3): e1002397. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.1002397
  28. Von der Behrens W, Bäuerle P, Kössl M, Gaese BH (2009) Correlating stimulus-specific adaptation of cortical neurons and local field potentials in the awake rat. J Neurosci 29(44): 13837–13849. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3475-09.2009
  29. Farley BJ, Quirk MC, Doherty JJ, Christian EP (2010) Stimulus-specific adaptation in auditory cortex is an NMDA-independent process distinct from the sensory novelty encoded by the mismatch negativity. J Neurosci 30(49): 16475–16484. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2793-10.2010
  30. Вартанян ИА (1978) Слуховой анализ сложных звуков. Л. Наука. [Vartanyan IA (1978) Auditory analysis of complex sounds. L. Nauka. (In Russ)].
  31. Бобошко МЮ (2012) Речевая аудиометрия: учебное пособие. СПб: Изд-во СПбГМУ. [Boboshko MJ (2012) Speech audiometry: textbook. St. Petersburg: Publ House of St. Petersburg State Med Univer. (In Russ)].

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Примеры активности двух нейронов слуховой коры бодрствующей мыши с различной временной динамикой адаптации (a, b). В верхней части рисунка – перистимульные гистограммы ответов нейронов, вызванных сериями тонов с различными межстимульными интервалами. Значение межстимульного интервала для каждой серии указано цифрами на диаграмме. Число повторения сигналов – 20. Величина бина – 2 мс. Абсцисса – время, мс. Ордината – число спайков, N. Под каждой гистограммой приведена отметка стимула, представляющего собой серию из 4 тонов длительностью 100 мс каждый. В нижней части рисунка – зависимость величины ответа этих же нейронов на 2-й, 3-й и 4-й сигналы серии от межимпульсного интервала (кривые восстановления ответов). Величина ответа нейрона на 2–4-й сигнал серии (число спайков) нормирована относительно его ответа на 1-й сигнал, т. е. равна отношению числа спайков в ответе нейрона на соответствующий сигнал к числу спайков в ответе на 1-й сигнал.

Скачать (389KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Нормированные функции восстановления ответов на 2-й, 3-й и 4-й сигналы серии, усредненные по 39 нейронам. Указаны стандартные отклонения средних величин ответов нейронов на соответствующие тоны серии. Остальные обозначения – как на рис. 1.

Скачать (114KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Временная динамика адаптации к сериям сигналов околопороговых уровней. (а) – Перистимульные гистограммы ответов одиночного нейрона, вызванных сериями тонов с различными межстимульными интервалами. Значение межстимульного интервала для каждой серии указано цифрами на диаграмме. Число повторения сигналов – 20. Величина бина – 2 мс. Временное окно анализа данных – 6.4 с. Абсцисса – время, c. Ордината – число спайков, N. Под каждой гистограммой приведена отметка стимула, представляющего собой серию из 4 тонов длительностью 100 мс каждый. (b) – Зависимость числа спайков в ответе одиночного нейрона на 1-й, 2-й, 3-й и 4-й сигналы серии от межстимульного интервала. Абсцисса – время, мс. Ордината – число спайков, N. (c) – Нормированные функции восстановления ответов одиночного нейрона на 2-й, 3-й и 4-й сигналы серии; (d) – Нормированные функции восстановления ответов на 2-й, 3-й и 4-й сигналы серии, усредненные по 8 нейронам. Указаны стандартные отклонения средних величин ответов нейронов на соответствующие тоны серии. Остальные обозначения – как на рис. 1.

Скачать (430KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024