Hvordan flagermushjerner lytter efter indkommende signaler under ekkolokalisering

Neurovidenskabsmænd ved Goethe-universitetet i Frankfurt har opdaget en feedback-loop, der modulerer modtageligheden af ​​den auditive cortex over for indkommende akustiske signaler, når flagermus udsender ekkolokaliseringskald. I en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications , viser forskerne, at informationsoverførsel i de involverede neurale kredsløb skiftede retning i løbet af opkaldsproduktionen. Det forekommer sandsynligt, at denne feedback forbereder den auditive cortex til de forventede ekkoer af de udsendte opkald. Forskerne tolker deres resultater som at indikere, at betydningen af ​​feedback-loops i hjernen i øjeblikket stadig er undervurderet.

Flagermus har berømt et ultralydsnavigationssystem:de bruger deres ekstremt følsomme hørelse til at orientere sig ved at udsende ultralydslyde og bruge de ekkoer, der resulterer i, til at opbygge et billede af deres omgivelser. For eksempel finder Sebas korthalede flagermus (Carollia perspicillata) de frugter, der er dens foretrukne føde, ved hjælp af dette ekkolokaliseringssystem. Samtidig bruger flagermus også deres vokaliseringer til at kommunikere med andre flagermus. De bruger et noget lavere frekvensområde til dette formål.

Neurovidenskabsmand Julio C. Hechavarría fra Institut for Cellebiologi og Neurovidenskab ved Goethe Universitet og hans team undersøger hjerneaktiviteterne forbundet med vokaliseringer i Sebas korthalede flagermus. Deres seneste undersøgelse undersøger, hvordan den auditive cortex og frontallappen arbejder sammen i ekkolokalisering. Den auditive cortex behandler auditiv information, og frontallappen er et område i forhjernen, der hos mennesker er forbundet med opgaver, der omfatter planlægning af handlinger. For at finde ud af mere om dette, indsatte forskerne bittesmå elektroder i flagermusens hjerner for at registrere neural aktivitet i frontallappen og den auditive cortex.

Det lykkedes forskerne at identificere en feedback-loop, der tidligere havde været helt ukendt i frontallappen-auditiv cortex-netværk af flagermus, der udsender ekkolokaliseringskald. Information strømmer normalt fra frontallappen, hvor opkaldsproduktion er planlagt, til den auditive cortex for at gøre den klar til at forvente et akustisk signal. Men det blev observeret, at strømmen af ​​information fra frontallappen til den auditive cortex aftog efter udsendelsen af ​​en ekkolokaliseringsimpuls, indtil retningen for informationsoverførsel skiftede fuldstændigt, og informationen strømmede fra den auditive cortex tilbage til frontallappen. Hechavarría antager, at denne feedback-loop gør den auditive cortex klar til bedre at modtage de lyde, der reflekteres tilbage fra ekkolokaliseringsopkaldet.

Neurobiologerne simulerede signaler, der stammede fra den auditive cortex ved elektrisk stimulering af frontallappen. Den aktivitet, dette genererede i frontallappen, havde den forventede effekt at få den auditive cortex til at reagere stærkere på akustiske refleksioner. "Dette viser, at den feedback-loop, vi fandt, er funktionel," opsummerer neurobiolog Hechavarría. Han tager metaforen om en motorvej op for at illustrere betydningen af ​​disse resultater:"Hidtil har det været en almindelig opfattelse, at datastrømmen på denne informationsmotorvej hovedsageligt kører i én retning, og at feedback-sløjfer er undtagelser. Vores data viser, at denne opfattelse er højst sandsynligt forkert, og at feedback-sløjfer i hjernen sandsynligvis er betydeligt mere signifikante, end der tidligere er blevet antaget."

Overraskende nok blev der ikke observeret nogen udtalt vending af informationsstrømmen for flagermus-vokaliseringer brugt til kommunikationsformål. "Det kan skyldes, at flagermusene var alene i et lydisoleret og elektrisk isoleret kammer og derfor ikke forventede et svar på deres opkald," spekulerer Hechavarría, inden han fortsætter med at bemærke:"Et af de aspekter, der gør vores undersøgelse så interessant, er at det åbner op for nye måder at studere flagermusens sociale interaktioner. Vi ønsker at fortsætte arbejdet på dette område i fremtiden."