Ученые показали на примере мышей, как мозг учится подавлять шум, связанный с нашими повседневными действиями, сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature. Для этого они заставили животных бегать на тренажере, подменяя звук их шагов другим, непохожим звуком. Работа ученых позволяет понять, как мы учимся разговаривать и играть на инструментах.

Источником звуков может быть как окружающая среда, так и наши собственные действия, например бег, разговоры или дыхание. Способность предвидеть «фоновые» шумы и отличать их от внешних звуков необходима для нормальной работы слуха, однако нейронные цепи, которые учатся их предсказывать, оставались в значительной степени неизвестными.

Чтобы выяснить, как происходит процесс шумоподавления на нейронном уровне, Дэвид Шнейдер (David Schneider) вместе с коллегами из Медицинской школы Университета Дьюка и Нью-Йоркского университета научили 11 мышей ассоциировать свои шаги с посторонним звуком. Исследователи разработали систему акустической виртуальной реальности, в которой животные с зафиксированной головой бегали по беговой дорожке и одновременно слышали короткую аудиозапись, которая проигрывалась в такт их шагам. Таким образом ученые «назначили» повседневному движению новый, совершенно неестественный звук.

Спустя неделю исследователи заметили, что кора головного мозга почти перестала реагировать на стимул, который проигрывался во время бега или ходьбы, а ответ на звуки, частота которых отличалась половину октавы, также был умеренно подавленным. Примечательно, что такой эффект наблюдался исключительно во время движения: когда мыши находились в спокойном состоянии, нейроны слуховой коры реагировали на новый звук шагов примерно так же, как и на другие, посторонние звуки. При этом ученые отметили, что повторяющиеся звуки подавлялись в инфрагранулярной слуховой коре сильнее, чем в ее наружной, супрагранулярной части, что говорит о том, что источником «шумоподавляющего фильтра», вероятно, служат цепи нейронов, относящиеся именно к слуховой коре.

Чтобы подтвердить полученные результаты, ученые провели серию дополнительных экспериментов, в которых мышей обучили искать награду после двух различных звуковых сигналов. Как и в прошлом эксперименте, группа Шнейдера научила животных ассоциировать один из звуков с шагами. После того, как грызуны привыкли в новому стимулу, исследователи заметили, что они стали распознавать звук, который был связан с ходьбой, хуже, когда они находились в движении. При этом в спокойном состоянии они определяли и первый, и второй сигнал одинаково хорошо.

Авторы статьи отмечают, что для мышей крайне важно игнорировать шум собственных шагов, так как они — потенциальная добыча хищников, поэтому они должны быть способны их услышать. Для человека, по мнению ученых, это тоже может быть важно, хотя, с другой стороны, способность предсказывать звуки, связанные с нашими действиями, может играть большую роль в более сложном поведении, например при устной речи или игре на музыкальных инструментах. «Когда мы учимся говорить или играть музыку, мы предсказываем звуки, которые планируем услышать — например, когда готовимся нажать клавишу пианино — и сравниваем их с реальным результатом. Несоответствия между ожиданиями и реальностью мы используем для того, чтобы подкорректировать свою игру — и со временем у нас получается все лучше, так как мозг пытается минимизировать эти ошибки», — заключает Шнейдер.

Ученые часто используют мышей для нейробиологических экспериментов. Недавно, например, они научились регулировать агрессивность грызунов светом и превратили спокойных особей в захватчиков территории. При этом другой эксперимент показал, что мыши с искусственно стимулированной агрессией проявляли агрессивное поведение только в том случае, когда защищали территорию, на которой никого не было, а при совместном проживании вели себя дружелюбно.

Автор: Кристина Уласович