Моделирование слуховой системы летучих мышей для задач обработки информации

Учёные создали нейросетевую модель слуховой системы летучих мышей, чтобы понять, как они быстро различают сигналы от съедобных насекомых и окружающий фоновый шум. Исследование учёных из UEC, Tokyo опубликовано в Neural Processing Letters.

Моделирование обработки информации у летучих мышей

Интересный аспект обработки слуховых сигналов — способность некоторых существ настраиваться на определённые частоты, важные для поведения (например, охоты), и отфильтровывать весь остальной «шум». Известно, что хотя сенсорная информация передаётся от ушей к коре головного мозга «прямым» (feedforward) путём, она также модулируется обратной связью от самой коры. Корковые нейроны активируются релевантными сигналами и заставляют периферические нейроны фокусироваться на них, одновременно подавляя сигналы окружающего шума — механизм «вентилирования» (gating). Однако точный принцип работы этого процесса неясен.

Кадзухиса Фудзита и Ёсики Кашимори из Университета электро-коммуникаций в Токио, Япония, разработали нейросетевую модель слуховой системы летучих мышей, чтобы изучить, как обработка сигналов может модулироваться обратной связью от коры головного мозга.

Летучие мыши охотятся с помощью эхолокации, что включает обнаружение доплеровского сдвига частоты звуковых эхо (из-за движения добычи). После обратной связи от корковых нейронов определённые нейроны в слуховой коре электрически стимулируются доплеровскими частотами, а другие — нет. Эта стимуляция вызывает синаптическую модуляцию в нейронах нижнего двухолмия (область среднего мозга).

Модель Фудзиты и Кашимори показывает, как инъекция GABA-антагониста бикукуллина метиодида (BMI) усиливает сигналы от окружающего «шума», улавливаемого другими слуховыми нейронами. Электрическая стимуляция от релевантного сигнала в сочетании с GABA-эргическим торможением позволяет летучим мышам балансировать активность в рецептивных полях разных нейронов.

Их модель может помочь понять, как летучие мыши быстро различают сигналы от съедобных насекомых и окружающий фоновый шум.