《Nature Communications》：Location-specific neural facilitation in marmoset auditory cortex
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为探究听觉系统对重复刺激的响应机制，研究人员研究狨猴听觉皮层神经元，发现位置特异性易化（LSF），揭示新的神经调制形式。
在奇妙的神经科学世界里，我们每天都会接收到各种各样的声音，而大脑中的听觉系统就像一个精密的 “解码器”，负责处理这些声音信息。以往大量研究表明，感觉神经元通常会对重复刺激产生适应现象。比如，当我们长时间处于嘈杂的环境中，一开始可能会觉得很吵，但过一会儿就会逐渐适应，对这些声音的感知变得不那么强烈，这就是感觉神经元适应的一种表现。然而，适应现象并不能完全解释为什么在重复的感觉刺激下，感觉系统仍能对环境保持警觉。例如，在鸡尾酒会上，周围有很多人同时说话，声音不断重复，但我们依然能够集中注意力去听自己感兴趣的内容，这背后的神经机制是什么呢？这一问题引发了科学家们的深入思考，促使他们开展相关研究。
来自约翰霍普金斯大学医学院的研究人员，为了揭开这个谜团，对狨猴听觉皮层展开了一系列研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》杂志上，为我们理解听觉系统的奥秘提供了新的视角。
在研究过程中，研究人员运用了多种技术方法。首先，他们通过细胞外记录技术，记录狨猴听觉皮层单个神经元对声音刺激的反应；接着，利用细胞内记录技术，深入探究神经元膜电位的变化；此外，还构建计算模型，从理论层面解释实验现象；最后，通过对头部固定和自由移动的猴子进行行为实验，进一步验证模型假设。
研究人员在实验中发现，重复声音刺激能诱发神经放电易化。他们在三只清醒狨猴的四个大脑半球的听觉皮层中，总共测试了 123 个单神经元。通过 “等概率呈现” 模式确定神经元的空间感受野（SRF）后，再用 “100% 概率呈现” 模式进行测试。结果发现，与以往听觉皮层关于适应的研究预期不同，从特定空间位置重复呈现宽带噪声刺激，会使神经元出现长时间的易化，而非适应。通过量化分析发现，近 90% 的记录神经元表现出位置特异性易化（LSF）。而且，这种易化现象在不同的刺激间隔（ISI）下都能观察到，且视觉输入并非诱导易化的必要条件。
进一步研究发现，神经易化依赖于声音位置。研究人员在 “100% 概率呈现” 模式下，观察到不同扬声器位置会引起神经元的易化和抑制现象。通过分析发现，低排名扬声器（远离神经元 SRF 中心）通常比高排名扬声器（靠近 SRF 中心）引发更多的易化试验，而高排名扬声器则引发更多的抑制试验。这表明位置偏好会系统地影响上下文效应的正负和幅度。
同时，研究人员还发现神经易化与位置连续性有关。降低目标扬声器的呈现概率，会导致目标扬声器的反应减弱，易化试验的比例也随之降低。这说明目标扬声器的连续性对诱导尖峰易化至关重要，且易化的程度大致与目标扬声器的概率成正比。
在细胞机制方面，重复刺激非偏好声音位置会诱导持续可靠的膜电位去极化。研究人员通过细胞内记录发现，低排名扬声器位置的刺激会使神经元膜电位逐渐去极化并稳定，而高排名扬声器位置的刺激则使膜电位超极化。并且，去极化试验的膜电位标准差低于超极化试验，这表明持续的膜电位去极化和超极化可能分别是重复易化和抑制的细胞机制基础。
研究人员构建的模型表明，增加觉醒水平而非减少抑制，能够解释细胞内和细胞外的记录数据。他们的模型假设增加觉醒水平会增加星形胶质细胞的活性，降低细胞外氯离子浓度，从而促进氯离子从神经元内流出，导致膜电位去极化。这一模型成功再现了实验中观察到的持续膜电位去极化和位置特异性易化现象。
此外，研究人员通过行为实验发现，重复刺激会增加觉醒水平并转移注意力。在头部固定的猴子实验中，观察到 100% 概率呈现模式下，猴子的睁眼面积和瞳孔面积更大，扫视次数更少；在自由移动的猴子实验中，发现 100% 概率呈现模式下，猴子的头部运动更少，头部固定时间更长。这表明重复刺激对被动聆听的猴子具有重要意义。
在讨论部分，研究人员指出，他们发现的位置特异性易化（LSF）是一种全新的现象，与以往研究的刺激特异性适应（SSA）等现象不同。LSF 并非神经元特异性，而是刺激特异性的，主要由非偏好刺激诱发，且具有长时性。这一发现有助于解释功能磁共振成像（fMRI）研究中的重复增强现象，也为听觉流等感知现象提供了单神经元层面的解释。
总的来说，这项研究发现了狨猴听觉皮层中位置特异性易化（LSF）这一新颖的上下文调制形式，揭示了其依赖于声音位置和刺激呈现模式的特点，为理解听觉系统的神经机制提供了重要依据。未来，研究人员还可以进一步探究重复易化和 LSF 的神经回路机制，以及这种现象在其他物种中的普遍性，从而更深入地揭示听觉系统的奥秘。
