听觉中枢神经元对声信号的识别和处理-生物化学与生物物理进展.PDF

生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biop hys ics 201 1, 38(6): 499~505 觉中枢神经元对声信号的识别和处理* 李洋 唐 佳 付子英 陈其才** (华中师范大学生命科学学院，遗传调控与整合生物学湖北省重点实验室，武汉430079) 摘要 人类听觉的基本特性和机制与其他哺乳动物相似，因此，利用动物所作的听觉研究和获得的结果，有助于认识人类自 身的听觉 围绕听觉中枢神经元对不同模式的声信号的识别和处理，简要综述了这方面的研究 声信号和声模式识别在听觉 中枢对声信号的感受和加 中具有重要意义 听神经元作为声模式识别的结构和功能基础，对不同的声刺激模式产生不同反 应，甚至是在同一声刺激模式下，改变其中的某个声参数，神经元的反应也会发生相应改变，而其反应的特性和机制均需要 更多研究来解答 另外，声信号作为声信息的载体，不同的声信息寓于不同的声参数和声特征之中，研究发现，听觉中枢神 经元存在相应的声信息甄别和选择的神经基础，能对动态变化的声频率、幅度和时程等进行反应和编码，并且，在不同种类 动物上获得的研究结果极为相似，表明听觉中枢对不同声信号和声刺激模式的识别、分析和加 ，具有共同性和普遍性 关键词 声信号识别，声信号处理，听觉中枢神经元 学科分类号 Q6 ，R338 DOI: 10.3724/SP.J.1206.20 10.00562 有生物学意义的声音多为复杂声，其主要特点 复杂声或声特征的单元，称为声特征检测器 是频谱比较复杂，并按特定的时间模式而变化，人 (feature detector) ，它们只对特定的复杂声或声特征 类的语言声和动物的鸣叫是典型的例子 在人类的 敏感，其余则不反应，例如，蝙蝠的听觉中脑 语言以及动物的通讯声信号中，由不同的频率 (auditory midbrain)—— —下 (inferior colliculus，IC) (frequency) 成分构成不同的谐波和不同的声模式， 和听皮质(primary auditory cortex，AC) 中有些神经 成为声信息的载体，承载其语言和声通讯信息，单 元只对调频(frequency modulation，FM) 声起反应， 个听神经元如何对声信号的参量和特征进行提取、 还有些神经元只对自身发出的探测声的特殊谐波组 表征和分析，其神经机制还知之甚少 在过去半个 合敏感，其功能在于保证探测目标时，不受另一蝙 多世纪，不少动物作为模型被用于听觉研究之中， 蝠发出的探测声干扰 IC 作为听觉系统中成对的 如回声定位蝙蝠已成为神经科学领域阐述听觉处理 中枢结构，是听觉系统的重要中继站，直 参与对 机制和生物声纳的适应行为研究方面非常有价值的 声信号的幅度(amplitude)、频率及时间等参量的分 [1] 析与整合 众多的行为学测试显示，听觉通路中保 模型 ，其听觉中枢神经元对回声定位信号反应专 一，有助于揭示听神经元对复杂声信号中不同声成 持完整的双侧IC 结构对声信号的处理或加工极为 分处理的机制，并可为揭示人类听觉机制提供借 重要[2-4] IC 的功能十分复杂，研究发现，它不仅 鉴 因此，弄清这些过程和机制对我们理解听中枢 是中枢听觉通路中的驿站，而且它还能 收和整合 对人类听语言认知和动物声通讯信号的加工具有普 遍的生物学意义 声音的原始参数和信息从外周传入中枢后，可 * 国家自然科学基金资助项目(3107097 1), 教育部科学技术重点基金 被整合成若干特征再往上传输，最后成为某种 “声 资助项目(108096). ** 通讯联系人. 像(sound imaging) ”或还原成为一种 “听境 Tel: 027 E-mail: qcchen2003@ (auditory scene) ” 现已知在中枢有