Кластеризованные нейроны в среднем мозге летучей мыши кодируют категории вокализаций

Способность быстро распознавать звуки, особенно вокализации других животных, способствует выживанию многих видов. Этот процесс, известный как категориальное восприятие, преобразует непрерывный слуховой вход (например, постепенные изменения высоты тона) в отдельные категории (т.е. вокализации, имеющие конкретное значение).

Хотя предыдущие исследования выявили некоторые задействованные области мозга, точные нейронные механизмы категоризации оставались не до конца ясны.

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса изучили, как вокализации представлены в мозге большой бурой летучей мыши (Eptesicus fuscus). Их результаты, опубликованные в Nature Neuroscience, указывают, что категории вокализаций кодируются в среднем мозге.

Авторы пишут: "Хотя считается, что категориальное восприятие возникает в неокортексе, люди и животные могли бы извлечь выгоду из функциональной организации, адаптированной для обработки экологически значимых звуков раньше в слуховом пути".

"Мы разработали метод двухфотонной кальциевой визуализации у бодрствующей эхолоцирующей летучей мыши (Eptesicus fuscus), чтобы изучить представление вокализаций в нижнем холмике, который находится всего в двух синапсах от внутреннего уха".

Изучаемые летучие мыши используют эхолокацию, полагаясь на вокализации на основе частотных разверток (звуков с быстрыми изменениями высоты тона) для навигации и общения.

С помощью двухфотонной кальциевой визуализации ученые в реальном времени наблюдали нейронную активность у бодрствующих мышей.

"Эксперименты с аудиовоспроизведением показали, что отдельные нейроны избирательно реагировали на социальные или навигационные крики, что позволяло надежно декодировать категории на уровне популяции нейронов", — отмечают исследователи.

Когда социальные крики постепенно, равными шагами, преобразовывались в навигационные, отдельные нейроны демонстрировали пороговые (switch-like) свойства, а паттерны активности на уровне популяции резко менялись на границе категории.

Важно, что нейроны в нижнем холмике, активируемые при восприятии вокализаций определенной категории, формировали пространственные кластеры. Эта кластеризация, по-видимому, была независима от тонотопии (типичной для мозга стратегии организации звуков по частоте).

"Эти данные поддерживают пересмотренный взгляд на категориальную обработку, согласно которому специфичные каналы для экологически значимых звуков пространственно разделены уже на ранних этапах слуховой иерархии, что позволяет быстро организовать субкортикальные категориальные примитивы", — заключают авторы.

Эти результаты могут изменить текущее понимание того, как животные обрабатывают и категоризируют вокализации, и открыть новые направления для исследований нейронных основ эхолокации и коммуникации.