研究发现，大脑区域对背景噪音的反应不同

在繁忙的咖啡店里，我们的耳膜被各种声波淹没——人们的聊天声、杯子的碰撞声、音乐的播放声——但我们的大脑却设法将相关的声音从无关紧要的噪音中分离出来，就像咖啡师宣布我们的咖啡准备好了一样。麦戈文大脑研究所的一项新研究揭示了大脑是如何完成从背景噪音中提取有意义的声音的任务的，这一发现有一天可能有助于建立人工听力系统，并帮助开发有针对性的听力义肢。

“这些发现揭示了我们在噪音中倾听能力的神经相关性，同时证明了皮层听觉处理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、该研究的高级作者乔什·麦克德莫特解释说。

的听觉皮层耳蜗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所起的作用仍然是一个谜。他们的研究发表在自然通讯麦克德莫特和前研究生亚历克斯·凯尔发现，这些子区域对大脑的存在有不同的反应背景噪音这表明，听觉处理是分步骤进行的，它会逐渐专注于并分离出感兴趣的声音。

背景调查

先前的研究表明，听觉皮层的主要和非主要子区域对声音的反应具有不同的动态，但这些研究主要基于大脑对语音或简单合成声音(如音调和咔哒声)的反应活动。很少有人知道这些区域是如何促进日常听觉行为的。

为了在更现实的条件下测试这些子区域，麦克德莫特和现在是哥伦比亚大学博士后研究员的凯尔评估了人类的变化大脑的活动当受试者听有和没有背景噪音的自然声音时。

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，从喵喵叫到电话铃声，这些声音要么单独出现，要么嵌入现实世界的背景噪音中，比如大雨。

“当我开始学习试镜时，”凯尔解释说，“我开始在日常生活中只是坐在那里，只是倾听，并惊讶于不断出现的背景噪音，这些噪音似乎通常被默认过滤掉了。随着时间的推移，这些噪声中的大多数趋于稳定，这表明我们可以通过实验将它们分离开来。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主要和非主要区域对自然声音的反应不同，这取决于是否存在背景噪音。

他们发现，当背景噪音存在时，初级听觉皮层的活动会发生改变，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。

“我们对主要区域和非主要区域之间的巨大差异感到惊讶，”凯尔解释说，“所以我们进行了更多的研究，但始终看到相同的结果。我们对造成这种差异的原因有很多疑问，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如何，上述效应都保持稳定。音乐、演讲或吱吱作响的玩具都能类似地激活非初级皮层区域，无论是否存在背景噪音。

作者还测试了注意力是否相关。即使研究人员在扫描仪中偷偷地用视觉任务分散受试者的注意力，大脑皮层的子区域对有意义的声音和背景噪音的反应也是一样的，这表明注意力并没有驱动声音处理的这一方面。换句话说，即使我们专注于看书，我们的大脑也在努力地将猫叫和外面的大雨声进行分类。

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凯尔在哥伦比亚大学的博士后工作中，通过探索这一现象背后的神经回路机制，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。这样的研究可以帮助揭示伴随发育障碍或与年龄相关的听力损失的听力困难的起源。例如，如果听力损失是由于感觉处理功能障碍造成的，那么这可能是由听觉皮层中异常的噪声稳健性引起的。正常的噪音相反，稳健性可能表明，在其他方面存在损害大脑-例如，高级执行功能的崩溃。

“在未来，”麦克德莫特说，“我们希望这些非侵入性的听觉功能测量可能成为临床评估的有价值的工具。”