众所周知，人类能够获得听力是基于选择性地听取一定频率范围的声音。大脑的“听力中心”听觉皮层中的神经元通常聚集在一起对特定频率的声音产生反应。然而科学家们对于复杂的神经元网络准确地对声音做出反应的具体机制仍然不清楚。
现在由冷泉港实验室神经科学计划的负责人Anthony Zador教授领导的科研小组朝揭示这一谜底迈进了一步。科学家们试图通过研究听觉皮层中神经元之间的功能联系了解听力形成的机制。最新的论文发表在《自然神经科学》（Nature Neuroscience ）网络版上。
“我们希望通过这种方式了解听觉皮层产生应答反应的机制，”Zador说。
听觉皮层的神经元组织方式不同于大脑视皮层和感觉皮层。在视觉形成过程中，视网膜上的感光受体可直接将信号传递到大脑的视皮质形成二维“视网膜定位”图像。然而在听觉系统，耳蜗内的听觉受体的组成方式则是一维的。靠近耳蜗外缘的受体可识别低频率的声音，而靠近耳蜗内的受体则对高频率的声音比较敏感。耳蜗中这种由低到高不同部分与不同声音频率的一种规则的对应关系称之为“频率拓扑”。耳蜗的频率拓扑特征使得神经元将高低频率的声音以梯度形式传递至听觉皮层形成一维信号。
“人类视觉和感觉器官获得是二维信号，而听觉皮层获取的声音则是一维信号。这表明两种皮层定位机制存在功能上的差异。然而现在还没有人能够理解产生差异的具体机制。”Zador说。
为了解答这个问题，Zador和博士后研究员Hysell Oviedo将小鼠大脑分别沿着拓扑轴线或呈垂直方向切片，对制成的切片进行神经元活性比较。
为了精确刺激切片上单个神经元并对其进行记录，Oviedo和 Zador与曾任职于冷泉港实验室的科学家Karel Svoboda和Ingrid Bureau合作，利用光刺激扫描系统获得了详细的高分辨率的图谱。
“当我们在视皮质中进行该实验时，我们发到无论采取哪种切片方式其神经元的连接方式都是一致的。然而在听觉皮层切片上，沿拓扑轴线切片与垂直切片相比较神经元的连接有着质的差别。”Oviedo说。
1962年诺贝尔生理医学奖颁给了澳大利亚科学家伯纳德卡茨，因其证实了中枢神经系统视皮质中的对同一信号产生反应的神经元常呈簇状聚集在同一个柱状结构内，称为皮层功能柱。视皮质上的神经元通常只与同一柱状结构内的其他神经元发生相互作用。科学家们曾认为听觉皮质中的神经元同样聚集形成一个柱状结构传递相同频率的信号。然而出于意料的是，科学家们发现事实并非如此。
“我们第一个证实听觉皮质的神经元组织方式并不是柱状结构方式。接下来我们的研究重点将是基于这种神经网络对听觉功能进行研究，”Zador说道。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐英文摘要：
Nature Neuroscience doi:10.1038/nn.2659
The functional asymmetry of auditory cortex is reflected in the organization of local cortical circuits
Hysell V Oviedo,Ingrid Bureau,Karel Svoboda& Anthony M Zador
The primary auditory cortex (A1) is organized tonotopically, with neurons sensitive to high and low frequencies arranged in a rostro-caudal gradient. We used laser scanning photostimulation in acute slices to study the organization of local excitatory connections onto layers 2 and 3 (L2/3) of the mouse A1. Consistent with the organization of other cortical regions, synaptic inputs along the isofrequency axis (orthogonal to the tonotopic axis) arose predominantly within a column. By contrast, we found that local connections along the tonotopic axis differed from those along the isofrequency axis: some input pathways to L3 (but not L2) arose predominantly out-of-column. In vivo cell-attached recordings revealed differences between the sound-responsiveness of neurons in L2 and L3. Our results are consistent with the hypothesis that auditory cortical microcircuitry is specialized to the one-dimensional representation of frequency in the auditory cortex.
