Hvordan fugle skelner, hvor en bestemt lyd kommer fra

Nagoya University fysiologer har øget forståelsen af ​​fuglens neurale kredsløb, der gør det muligt for dem at skelne, hvor en specifik lyd kommer fra. Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Science Advances , kunne hjælpe videnskabsmænd med at forstå det grundlæggende i, hvordan pattedyrhjerner beregner tidsforskellen mellem en enkelt lyd, der ankommer til hvert enkelt øre, kendt som 'interaural tidsforskel.' Denne evne er en integreret komponent i lydlokalisering.

"Dyr kan udføre nøjagtig interaural tidsforskeldetektion for lyde af en bred vifte af frekvenser," forklarer Rei Yamada, som er specialiseret i cellefysiologi ved Nagoya University's Graduate School of Medicine. Nervekredsløbet til denne proces er så specialiseret, at de mange grene, der strækker sig fra en enkelt nervecelle, kaldet dendritter, modtager en bestemt lydfrekvens fra det ene eller det andet øre. Men det er endnu ikke klart, præcis hvordan alt dette fungerer sammen for at muliggøre interaural tidsforskeldetektering.

Yamada og hans kollega Hiroshi Kuba ønskede at forstå mere om denne proces. De udførte lasereksperimenter på kyllingehjerneskiver ved at stimulere excitatoriske receptorer på en del af hjernen, der er ansvarlig for lydlokalisering. Dette blev efterfulgt af simuleringseksperimenter for at klarlægge betydningen af ​​deres indledende fund.

De opdagede, at nerveforbindelser, kaldet synapser, især var samlet i enderne af specialiserede lange dendritter dedikeret til at lede signaler fra lavfrekvente lyde. Modintuitivt reducerede denne klyngning styrken af ​​signaltransmission langs dendrittens længde, så den var mindre, da den nåede nervecellen. Denne proces satte imidlertid nervecellen i stand til at tolerere intense input, der ankom gennem dendritter dedikeret til hvert øre, og derved bevarede dens evne til at udføre den nødvendige tidsforskel og lokaliseringsberegningsaktiviteter.

"Mange dyr, inklusive mennesker, bruger tidsforskellen for en lyd, der når begge ører, som et fingerpeg om lokalisering af lydkilde," siger Yamada. "Vi vil gerne undersøge, om den sammenhæng, vi fandt mellem neurale funktion og struktur, er universelt almindelig hos andre arter. Udvidelse af vores forskning til pattedyrs hjerner vil være vigtig for at forstå det grundlæggende princip for interaural tidsforskeldetektion, som fugle og dyr har til fælles med mennesker."

Undersøgelsen, "Dendritisk synapse geometri optimerer binaural beregning i et lydlokaliseringskredsløb," blev offentliggjort i tidsskriftet Science Advances den 24. november 2021.