Neuroforskare vid Goethe-universitetet i Frankfurt har upptäckt en återkopplingsslinga som modulerar mottagligheten hos hörselbarken för inkommande akustiska signaler när fladdermöss avger ekolokaliseringsanrop. I en studie publicerad i tidskriften Nature Communications , visar forskarna att informationsöverföring i de involverade neurala kretsarna bytte riktning under samtalsproduktionen. Det verkar troligt att denna feedback förbereder hörselbarken för de förväntade ekona av de utsända samtalen. Forskarna tolkar sina fynd som att de tyder på att betydelsen av återkopplingsslingor i hjärnan för närvarande fortfarande underskattas.

Fladdermöss har ett känt ultraljudsnavigeringssystem:de använder sin extremt känsliga hörsel för att orientera sig genom att sända ut ultraljud och använda ekon som blir resultatet för att bygga upp en bild av sin omgivning. Till exempel hittar Sebas kortstjärtade fladdermus (Carollia perspicillata) de frukter som är dess föredragna föda med hjälp av detta ekolokaliseringssystem. Samtidigt använder fladdermöss också sina vokaliseringar för att kommunicera med andra fladdermöss. De använder ett något lägre frekvensområde för detta ändamål.

Neuroforskaren Julio C. Hechavarría från Institutet för cellbiologi och neurovetenskap vid Goethe-universitetet och hans team undersöker hjärnaktiviteterna i samband med vokaliseringar i Sebas kortstjärtade fladdermus. Deras senaste studie undersöker hur hörselbarken och frontalloben samverkar vid ekolokalisering. Hörselbarken bearbetar auditiv information och frontalloben är en region i framhjärnan som hos människor är associerad med uppgifter som inkluderar planering av åtgärder. För att upptäcka mer om detta satte forskarna in små elektroder i fladdermössens hjärnor för att registrera neural aktivitet i frontalloben och hörselbarken.

Forskarna lyckades identifiera en återkopplingsslinga som tidigare varit helt okänd i frontallobens-auditiva cortex-nätverket av fladdermöss som avger ekolokaliseringsanrop. Information flödar normalt från frontalloben, där anropsproduktion planeras, till hörselbarken för att göra den redo att förvänta sig en akustisk signal. Men det observerades att informationsflödet från frontalloben till hörselbarken minskade efter emissionen av en ekolokaliseringspuls tills informationsöverföringens riktning ändrades helt och information strömmade från hörselbarken tillbaka till frontalloben. Hechavarría antar att denna återkopplingsslinga förbereder hörselbarken för att bättre ta emot de ljud som reflekteras tillbaka från ekolokaliseringsanropet.

Neurobiologerna simulerade signaler som härrörde från hörselbarken genom att elektriskt stimulera frontalloben. Den aktivitet som detta genererade i frontalloben hade den förväntade effekten att få hörselbarken att reagera starkare på akustiska reflektioner. "Detta visar att feedbackslingan vi hittade är funktionell", sammanfattar neurobiologen Hechavarría. Han tar upp metaforen om en motorväg för att illustrera betydelsen av dessa fynd:"Hittills trodde man allmänt att dataflödet på denna informationsmotorväg huvudsakligen går i en riktning och att återkopplingsslingor är undantag. Våra data visar att denna uppfattning är med största sannolikhet felaktig och att återkopplingsslingor i hjärnan förmodligen är betydligt mer signifikanta än vad som tidigare har antagits."

Överraskande nog observerades ingen uttalad vändning av informationsflödet för fladdermusvokaliseringar som används för kommunikationsändamål. "Detta kan bero på att fladdermössen var ensamma i en ljudisolerad och elektriskt isolerad kammare och därför inte förväntade sig ett svar på deras samtal," spekulerar Hechavarría innan han fortsätter med att notera:"En av aspekterna som gör vår studie så intressant är att det öppnar upp för nya sätt att studera fladdermössens sociala interaktioner. Vi vill fortsätta arbetet inom detta område i framtiden."