FIKON. 1. Partisk fördelning av glutamatreceptorer vid dendriter i neuroner med låg cf. (A) Hjärnstammens hörselkrets hos kycklingar. CN, cochlea nucleus. (B) Tonotopisk organisation av NL. (C) Schematisk ritning av enkel- och tvåfotonstimulering. (D) Enkelfoton (405 nm) glutamat som frigörs längs dendriter i neuroner med låg CF och hög CF. Aktuella svar vid soma visas för motsvarande punkter utan bur (orange). (E) Strömamplitud mot avstånd från soma för sju dendriter av neuroner med låg CF och sex dendriter av neuroner med hög CF. Data i (D) är sammankopplade med svarta linjer. Blå och röda cirklar indikerar svar från proximala (<20 % av längden) respektive distala (>80 %) platser. (F) Strömamplitud av singelfotonstimuli. (G) Två-foton (720 nm) glutamat uncaging i låg-CF och hög-CF neuroner. Proximala och distala dendriter förstoras och aktuella svar från varje plats (orange) visas. (H) Tjocklek på stimulerade dendriter. (I) Strömamplitud av två-fotonstimuli. *P <0,05 och **P <0,01 i denna figur och i efterföljande figurer. Kredit:DOI:10.1126/sciadv.abh0024
Fysiologer vid Nagoya University har ökat förståelsen för fågelns neurala kretsar som gör att de kan urskilja var ett specifikt ljud kommer ifrån. Deras resultat, publicerade i tidskriften Science Advances , skulle kunna hjälpa forskare att förstå grunderna i hur däggdjurshjärnor beräknar tidsskillnaden mellan ett enda ljud som kommer till varje enskilt öra, känt som "interaural tidsskillnad." Denna förmåga är en integrerad komponent i ljudlokalisering.
"Djur kan utföra exakt interaural tidsskillnadsdetektering för ljud med ett brett spektrum av frekvenser", förklarar Rei Yamada, som är specialiserad på cellfysiologi vid Nagoya Universitys Graduate School of Medicine. Nervkretsen för denna process är så specialiserad att de många grenarna som sträcker sig från en enda nervcell, kallade dendriter, tar emot en specifik ljudfrekvens från det ena eller det andra örat. Men det är ännu inte klart exakt hur allt detta fungerar tillsammans för att möjliggöra interaural tidsskillnadsdetektering.
Yamada och hans kollega Hiroshi Kuba ville förstå mer om denna process. De utförde laserexperiment på kycklinghjärnaskivor genom att stimulera excitatoriska receptorer på en del av hjärnan som är ansvarig för ljudlokalisering. Detta följdes av simuleringsexperiment för att klargöra innebörden av deras första fynd.
De upptäckte att nervövergångar, kallade synapser, var särskilt klustrade i ändarna av specialiserade långa dendriter dedikerade till att leda signaler från lågfrekventa ljud. Motintuitivt reducerade denna klustring styrkan på signalöverföringen längs dendriten så att den var mindre när den nådde nervcellen. Denna process gjorde det dock möjligt för nervcellen att tolerera intensiva input som anländer genom dendriter dedikerade till varje öra, och därigenom bibehöll dess förmåga att utföra nödvändiga tidsskillnader och platsberäkningsaktiviteter.
"Många djur, inklusive människor, använder tidsskillnaden för ett ljud som når båda öronen som en ledtråd för lokalisering av ljudkällan", säger Yamada. "Vi skulle vilja undersöka om sambandet vi hittade mellan neural funktion och struktur är allmänt vanligt hos andra arter. Att utöka vår forskning till däggdjurshjärnor kommer att vara viktigt för att förstå den grundläggande principen för interaural tidsskillnadsdetektering som fåglar och djur har gemensamt med människor."
Studien, "Dendritisk synapsgeometri optimerar binaural beräkning i en ljudlokaliseringskrets", publicerades i tidskriften Science Advances den 24 november 2021.
