Теперь исследователи разработали первую схему цепи мозга, которая позволяет этому сложному взаимодействию между двигательной и слуховой системами происходить.Исследование, опубликованное 4 сентября в «Журнале нейробиологии», может пролить свет на шизофрению и расстройства настроения, которые возникают, когда эта схема выходит из строя и люди слышат голоса, которых другие люди не слышат.
«Наше открытие важно, потому что оно дает план для понимания того, как мозг общается с самим собой, и как эта связь может нарушиться, чтобы вызвать болезнь», — сказал Ричард Муни, доктор философии, старший автор исследования и профессор нейробиологии в Медицинский факультет Университета Дьюка. «Обычно двигательные области предупреждают слуховые области о том, что они отдают команду говорить, поэтому будьте готовы к звуку. Но при психозе вы больше не можете отличить активность своей двигательной системы от активности кого-то еще, и вы думаете, что звуки исходящие из вашего собственного мозга, являются внешними ".
Исследователи давно предположили, что нейронные цепи, передающие движение — чтобы озвучить свое мнение или нажать на клавишу пианино — также передаются в проводку, которая воспринимает звук. Но природа нервных клеток, которые обеспечивали этот вход, и то, как они функционально взаимодействовали, чтобы помочь мозгу предвидеть надвигающийся звук, были неизвестны.
В этом исследовании Муни использовал технологию, созданную Фань Вангом, доктором философии, доцентом кафедры клеточной биологии в Duke, для отслеживания всех входов в слуховую кору — область мозга, интерпретирующую звуки. Хотя исследователи обнаружили, что ряд различных областей мозга поступает в слуховую кору, их больше всего интересовала одна область, называемая вторичной моторной корой, или M2, потому что она отвечает за отправку моторных сигналов непосредственно в ствол головного мозга и спинной мозг.«Это говорит о том, что эти нейроны передают копию моторной команды непосредственно в слуховую систему», — сказал Дэвид М. Шнайдер, доктор философии, со-ведущий автор исследования и научный сотрудник лаборатории Муни. «Другими словами, они посылают сигнал« двигайся », но они также посылают сигнал слуховой системе:« Я собираюсь двигаться »».Обнаружив эту связь, исследователи затем выяснили, какое влияние это взаимодействие оказывает на слуховую обработку или слух.
Они взяли срезы мозговой ткани у мышей и специально манипулировали нейронами, ведущими из области M2 в слуховую кору. Исследователи обнаружили, что стимуляция этих нейронов фактически снижает активность слуховой коры.«Это полностью соответствовало нашим ожиданиям», — сказал Андерс Нельсон, со-ведущий автор исследования и аспирант лаборатории Муни. «Это способ мозга приглушать или подавлять звуки, которые исходят от наших собственных действий».
Наконец, исследователи проверили эту схему на живых животных, искусственно включив двигательные нейроны у анестезированных мышей, а затем посмотрели, как отреагирует слуховая кора. Мыши обычно поют друг другу с помощью своего рода песни, называемой ультразвуковой вокализацией, которая слишком высока для человека. Исследователи воспроизвели эти ультразвуковые вокализации мышам после того, как они активировали моторную кору, и обнаружили, что нейроны стали намного меньше реагировать на звуки.
«Похоже, что функциональная роль, которую эти нейроны играют в слухе, заключается в том, что они заставляют издаваемые нами звуки казаться более тихими», — сказал Муни. «Вопрос, который мы теперь хотим знать, заключается в том, используется ли этот механизм, когда животное действительно движется. Это недостающее звено и предмет наших текущих экспериментов».
Как только исследователи установили основы схемы, они могли начать исследовать, может ли изменение этой схемы вызвать слуховые галлюцинации или, возможно, даже увести их в моделях шизофрении.Исследование было поддержано грантами Национальных институтов здравоохранения (NS077986, DA028302 и NS079929).