Функція слуху є надважливим аспектом  у спілкуванні. Незважаючи на це, донині залишаються недостатньо вивченими окремі компоненти рецепції та обробки акустичних сигналів, що зумовлюють їх правильне сприйняття. Беззаперечним є тезис про те, що саме точність диференціації звукових патернів зумовлює ступінь чутливості слуху. Але яким чином у структурах центральної нервової системи відбувається скринінг релевантної та менш релевантної акустичної інформації, особливо в середовищі з фоновим шумом?

У новому дослідженні вченими Базельського університету (Basel University), Швейцарія, при співробітництві з їх колегами із Копенгагенського та Кембриджського університетів (University of Copenhagen, University of Cambridge), Данія, Велика Британія, було доведено, що сприйняття чистих тонів стає точнішим на тлі безперервного білого шуму. На думку дослідників, висновки роботи можуть знайти безпосереднє практичне втілення в удосконаленні розробки кохлеарних імплантів в найближчому майбутньому. Матеріали дослідження опубліковано в  журналі «Cell Reports» 12 листопада 2019 р.

Вивчення «слухового мозку»

Групою дослідників під керівництвом професора Т. Рінальді Баркат (Tania Rinaldi Barkat) Базельського університету здійснено багаторівневий аналіз нейронних основ сприйняття та розпізнавання звуку у складному акустичному середовищі. Основну увагу було приділено вивченню слухової кори — «слухового мозку», — структурам, які опрацьовують акустичні сигнали. Відомо, що тональна диференціація ускладнюється з наближенням тонів у їх частотному спектрі. Тому первинною гіпотезою дослідження стало положення про те, що додатковий шум може лише ускладнити роботу слухового аналізатора. Однак результати практичних спостережень довели протилежне: дослідникам вдалося продемонструвати, що здатність мозку розрізняти надтонкі відмінності окремих тонів покращувалася при фоновому додаванні білого шуму до загального акустичного середовища. Водночас, спираючись на явні результати, автори дійшли висновку про те, що порівняно з тишею фоновий шум полегшує слухову рецепцію.

Шум знижує активність нейронів

Результати, отримані дослідницькою групою, продемонстрували, що білий шум суттєво пригнічує активність нервових клітин слухової кори головного мозку. Але, незважаючи на парадоксальність фактів, таке пригнічення активації нейронів приводило до більш точного сприйняття чистих тонів. Зокрема, встановлено, що між двома популяціями нейронів менше подібних результатів акустичної рецепції та трансформації під час двох окремих звукових презентацій. Таким чином, загальне зниження активності нейронів приводило до чіткішої тональної репрезентації.

Для підтвердження того, що саме слухова кора, а не інші структури головного мозку відповідають за зміни сприйняття звуків, дослідниками застосовано оптогенетичні технології, керовані світлом. Оцінюючи внесок отриманих результатів, автори вказали на те, що нові дані можуть бути застосовані у пошуках покращення слухового сприйняття в ситуаціях, пов’язаних зі складнощами диференціації звуків. Крім того, на думку дослідників, цілком можливим уявляється впровадження нової технології в розширення можливостей кохлеарних імплантів. Зокрема, подібні імпланти можуть бути оснащені ефектом, що нагадує білий шум, і, таким чином, сприяти поглибленню частотної диференціації, покращуючи загальний результат звукового сприйняття своїми користувачами.

Долучайтеся до нас у Viber-спільноті, Telegram-каналі, Instagram, на сторінці Facebook, а також Twitter, щоб першими отримувати найсвіжіші та найактуальніші новини зі світу медицини.

• Christensen R.K., Lindén H., Nakamura M. et al. (2019) White noise background improves tone discrimination by suppressing cortical tuning curves. Cell Rep., 29(7): 2041–2053. DOI: 10.1016/j.celrep.2019.10.049.
• University of Basel (2019) Good noise, bad noise: White noise improves hearing. ScienceDaily, Nov. 12.

Наталія Савельєва-Кулик