大脑区域被发现对背景噪音的存在有不同的反应

在繁忙的咖啡店里，我们的耳膜被声波淹没——人们的聊天声、杯子的碰撞声、音乐的播放声——然而我们的大脑却能从无关紧要的噪音中理清相关的声音，就像咖啡师宣布我们的咖啡煮好了一样。麦戈文大脑研究所的一项新研究阐明了大脑是如何完成从背景噪声中提取有意义的声音的任务的。这项发现有一天可能有助于建立人工听力系统，并帮助开发定向听力义肢。

“这些发现揭示了我们在噪音中倾听能力的神经相关性，同时也证明了听觉处理在皮层不同阶段之间的功能差异，”麻省理工学院大脑和认知科学副教授、麦戈文研究所成员、该研究的资深作者乔希·麦克德莫特解释说。

的听觉皮层大脑皮层是大脑中对声音做出反应的部分，人们早就知道它有不同的解剖子区域，但这些区域在听觉处理中发挥的作用一直是个谜。他们的研究发表在自然通讯麦克德莫特和他以前的研究生亚历克斯·凯尔发现，这些子区域对物质的存在有不同的反应背景噪音这表明，听觉处理过程是分步骤进行的，它会逐渐细化并分离出感兴趣的声音。

背景调查

先前的研究表明，听觉皮层的初级和非初级子区域对声音的反应具有不同的动力学，但这些研究主要是基于大脑对语音或简单合成声音(如音调和咔哒声)的反应。对于这些区域如何服务于日常听觉行为，人们知之甚少。

为了在更现实的条件下测试这些子区域，McDermott和Kell评估了人类的变化。Kell现在是哥伦比亚大学的博士后研究员大脑的活动同时受试者听有或没有背景噪音的自然声音。

当受试者躺在核磁共振扫描仪上时，他们会听到30种不同的自然声音，从喵喵的猫叫声到电话铃声，这些声音要么单独呈现，要么嵌入到现实世界的背景噪音中，比如大雨。

“当我开始学习试音时，”凯尔解释说，“我开始在日常生活中只是坐在那里，只是听，并对持续不断的背景噪音感到惊讶，这些噪音似乎通常被默认过滤掉了。随着时间的推移，这些噪音大多趋于稳定，这表明我们可以通过实验将它们分离开来。这个项目就是从那里开始的。”

令他们惊讶的是，凯尔和麦克德莫特发现听觉皮层的初级和非初级区域对自然声音的反应不同，这取决于背景噪声是否存在。

他们发现，当背景噪音出现时，初级听觉皮层的活动会发生变化，这表明该区域还没有区分有意义的声音和背景噪音。然而，非主要区域对自然的声音不管是否存在噪音，这表明由声音产生的皮层信号在到达非初级听觉皮层时被转换或“清理”以去除背景噪音。

凯尔解释说:“我们对主要区域和非主要区域之间的巨大差异感到惊讶，所以我们进行了更多的研究，但一直看到相同的结果。”关于是什么导致了这种差异，我们有很多疑问，这就是为什么我们最终进行了所有这些后续实验。”

一个一般原则

Kell和McDermott继续测试这些反应是否针对特定的声音，并发现无论声音活动的来源或类型，上述效应都保持稳定。无论背景噪音是否存在，音乐、讲话或吱吱作响的玩具都能同样激活非初级皮层区域。

作者还测试了注意力是否相关。即使当研究人员偷偷地用扫描仪中的视觉任务分散受试者的注意力时，他们的皮层子区域对有意义的声音和背景噪音做出了相同的反应，这表明注意力并没有驱动声音处理的这一方面。换句话说，即使当我们专注于读书时，我们的大脑也在孜孜不倦地把猫叫和外面的大雨分门别类。

未来的发展方向

麦克德莫特实验室现在正在建立所谓的“噪声鲁棒性”的计算模型自然通讯在哥伦比亚大学的博士后工作中，凯尔正在通过探索这一现象背后的神经电路机制，寻求对声音处理的更细致的理解。

通过更深入地了解大脑的运作方式声音在美国，研究人员希望他们的工作将有助于改善听力障碍的诊断和治疗。这样的研究有助于揭示伴随发展障碍或与年龄相关的听力损失的听力困难的起源。例如，如果听力损失是由感觉处理功能障碍引起的，这可能是由听觉皮层异常的噪声稳健性引起的。正常的噪音相反，稳健性可能意味着在其他方面存在缺陷大脑-例如，高级执行功能的崩溃。

“在未来，”麦克德莫特说，“我们希望这些听觉功能的非侵入性测量可以成为临床评估的有价值的工具。”

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