مغز چطور تفاوت صحبت و صدا را تشخیص می‌دهد؟

محققان برای اولین بار شواهدی ارائه داده‌اند که نشان می‌دهد یک سیستم مدولاسیون عصبی به شدت بر پردازش صدا اثر می‌گذارد. این مدولاسیون عصبی به نام استیل کولین، می تواند به شبکه شنوایی اصلی مغز در تشخیص گفتار از صدا کمک کند.

مایکل برگر (Michael Burger)، استاد علوم اعصاب در دانشگاه Lehigh می‌گوید: اگرچه تأثیر این مدولاسیون‌ها در سطح نئوکورتکس مغز ، جایی که پیچیده‌ترین محاسبات مغز اتفاق می‌افتد، مورد مطالعه قرار گرفته است اما به ندرت در سطوح بنیادی مغز در این مورد تحقیقاتی انجام شده است.

این تحقیق اوایل این ماه در مجله علوم اعصاب (Journal of Neuroscience) منتشر شد. سردبیران مجله مقاله را “قابل توجه” عنوان کردند و به دلیل اهمیت ویژه آن برای جامعه علمی، در قسمت “تحقیقات برجسته” گنجانده شد.

برگر می‌گوید:این مطالعه باعث ایجاد توجه تازه‌ای به این مبحث خواهد شد که بخش‌های مشابه در مغز که به نظر ساختار ساده ای دارند بسیار پیچیده هستند و تاثیر تنظیم کنندگی مهمی مانند بخش‌های اصلی‌تر مغز دارند.

این گروه تحقیقاتی آزمایش‌های الکتروفیزیولوژیک و تجزیه و تحلیل داده‌ها را انجام دادند تا نشان دهند که انتقال دهنده عصبی استیل کولین ، یک مدولاسیون عصبی در مغز ، بر رمزگذاری اطلاعات صوتی توسط هسته داخلی تراپزوئید (MNTB) تاثیر می‌گذارد و اصلی‌ترین منبع مهار چندین هسته در سیستم شنوایی است. نورون‌های MNTB قبلاً از نظر محاسباتی ساده تلقی می شدند. این نورون‌ها توسط یک سیناپس تحریکی بزرگ هدایت شده و تحت تأثیر مهارکننده‌های موضعی قرار می‌گیرند.

این تحقیقات نشان داد که علاوه بر این مهارکننده‌ها، مدولاسیون استیل کولین باعث افزایش توانایی بدن در ایجاد تفاوت بین صدای افراد و صدای محیط می‌شود، که ممکن است در پردازش سیگنال‌های صوتی مهم مانند گفتار نقش داشته باشد. علاوه بر این، این گروه تحقیقاتی توصیفاتی از احتمال ورود استیل کولین به بخش تراپزوئید را نیز بیان می‌کنند.

برگر به مطالعه نورون‌هایی که در کنار هم قرار دارند می‌پردازد تا مکانی را که صدا از آن در فضا منتشر می‌شود محاسبه کند.

به نظر می‌رسد این مدولاسیون به سلول‌های عصبی کمک می‌کند تا سیگنال‌های ضعیف را در شلوغی تشخیص دهند.

وی می‌گوید: می‌توان این مدولاسیون‌ها را تشبیه به زمانی کرد که شما برای پیدا کردن سیگنال کانال رادیویی محبوبتان آنتن را جابجا می‌کنید.

ژانگ افزود: در این مقاله، ما نشان می‌دهیم که در سطوح پایین سیستم شنوایی شبکه عصبی، مدولاسیون تأثیر زیادی بر سلولهای عصبی در مکان‌یابی صدا دارند.

علاوه بر این، در طول این مطالعه، محققان برای اولین بار مجموعه‌ای از اتصالات کاملاً ناشناخته مغز را بین مراکز مدولاسسیون و ناحیه مهمی از سیستم شنوایی شناسایی کردند.

برگر و ژانگ فکر می‌کنند این یافته‌ها می‌تواند باعث درک بیشتری در مورد سهم مدولاسیون‌های عصبی در فرآیندهای اساسی محاسباتی در سیستم شنوایی در ساقه مغز شود که همچنین باعث درک چگونگی پردازش سایر اطلاعات حسی در مغز می‌شود.

برگر و چائو ژانگ، دانشجوی دکتری دانشگاه Lehigh به همراه همکارانش نیکول بیب(Nichole Beebe) و برت شوفیلد(Brett Schofield) از دانشگاه پزشکی شمال شرقی اوهایو و مایکل پکا

(Michael pecka) از دانشگاه لودویگ-ماکسیمیلیانس مونیخ این تحقیق را انجام دادند.