在中耳的液體流出并且聲波第一次穿透之前，新生嚙齒動(dòng)物的內(nèi)耳細(xì)胞首次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員報(bào)告說，他們已經(jīng)找到了事件的分子鏈，使細(xì)胞能夠自己發(fā)出“聲音”，基本上“練習(xí)”他們處理周圍世界聲音的能力。

研究人員在12月3日出版的“ 細(xì)胞 ”期刊中描述了他們的實(shí)驗(yàn)，他們展示了如何在沒有聲音的情況下激活內(nèi)耳中的毛細(xì)胞。“我們發(fā)現(xiàn)的多步驟過程讓我想起了Rube Goldberg的發(fā)明，”約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)科學(xué)教授Dwight Bergles博士說，這是Goldberg建造復(fù)雜小工具以執(zhí)行看似簡單的任務(wù)的參考。“內(nèi)耳中的細(xì)胞利用一種用于其他器官中液體分泌的系統(tǒng)來模擬聽覺開始前聲音的效果，為真正的交易做好準(zhǔn)備。”

Bergles說，大多數(shù)哺乳動(dòng)物的正常聽力是一個(gè)多步驟過程，首先是聲波撞擊耳鼓，將能量傳遞到充滿空氣的中耳及其三塊小骨頭。然后內(nèi)耳中的液體以相應(yīng)的電頻率振動(dòng)，這使得正常的“毛細(xì)胞”的“天線”彎曲，導(dǎo)致它們釋放告訴附近神經(jīng)發(fā)射的化學(xué)信使。然后該信號(hào)傳播到大腦，在那里它被解釋為特定的聲音。

Bergles說，科學(xué)家已經(jīng)知道，發(fā)育中的內(nèi)耳中的毛細(xì)胞和附近的“支持”細(xì)胞顯示出由“能量”化學(xué)ATP釋放引發(fā)的同步活動(dòng)爆發(fā)，這也被用作有效的通信信號(hào)。然后，這種活動(dòng)以與聲音誘發(fā)信息相同的方式傳遞到大腦，導(dǎo)致大腦不同聽覺中心的神經(jīng)元突然發(fā)射。未知的是ATP如何激活毛細(xì)胞。

為了找到答案，Bergles和他的團(tuán)隊(duì)主持了該系統(tǒng)的生化元素，發(fā)現(xiàn)支持細(xì)胞中的氯離子通道似乎至關(guān)重要。他們知道ATP引發(fā)支持細(xì)胞內(nèi)鈣水平升高，因此他們猜測鈣是鈣激活氯通道打開的線索。

對支持細(xì)胞中基因活性的分析表明TMEM16A氯離子通道的參與，他們發(fā)現(xiàn)在支持細(xì)胞內(nèi)的這種通道中含有高水平的內(nèi)部毛細(xì)胞。在小鼠中的實(shí)驗(yàn)顯示，當(dāng)該通道從支持細(xì)胞中移除或被藥物阻斷時(shí)，毛細(xì)胞的自發(fā)激發(fā)減少。

此外生化檢查，與電記錄和在所述內(nèi)鈣的變化成像組合耳朵小鼠，允許團(tuán)隊(duì)拼湊事件的完整鏈。首先，支持細(xì)胞釋放ATP，導(dǎo)致其自身ATP受體的自我刺激，引發(fā)細(xì)胞內(nèi)鈣水平的增加。鈣的這種上升打開了TMEM16A通道，讓氯化物流出，同時(shí)還會(huì)釋放鉀離子和水。在這些事件期間釋放的鉀激活毛細(xì)胞，刺激與它們形成弱連接的神經(jīng)細(xì)胞。

Bergles說，正是這種配對被認(rèn)為可以穩(wěn)定連接，幫助大腦理解聲音。“這一步驟發(fā)生在小鼠和大鼠出生后的前兩周，當(dāng)中耳仍然充滿液體，外面的聲音無法到達(dá)內(nèi)耳。”

他補(bǔ)充道：“毛細(xì)胞排成一排，根據(jù)它們的位置響應(yīng)不同的頻率，就像鋼琴上的琴鍵一樣。每當(dāng)毛細(xì)胞被激活時(shí)，它們與附近神經(jīng)細(xì)胞的連接就會(huì)增強(qiáng)，導(dǎo)致其伴侶神經(jīng)細(xì)胞火。” 他說，當(dāng)大腦從內(nèi)耳入口附近的毛細(xì)胞接收到信號(hào)時(shí)，它會(huì)“聽到”高音調(diào)的聲音; 當(dāng)信號(hào)來自更遠(yuǎn)的地方時(shí)，它會(huì)“聽到”更深的聲音。

“這看似過于復(fù)雜的過程有一種美感，”Bergles說。“它以一種新穎的方式利用細(xì)胞的能力來觸發(fā)神經(jīng)細(xì)胞活動(dòng)。我們認(rèn)為這有助于建立和完善耳朵和大腦之間的聯(lián)系，這樣動(dòng)物就可以在它們暴露于它們之后立即正確地聽到聲音。”

因?yàn)槔鲜蟛荒芨嬖V研究人員他們是否聽到任何聲音，研究人員只能猜測他們是根據(jù)他們在大腦聽覺中心記錄的活動(dòng)做的。Bergles表示他們的研究表明，這些“聲音”可能被視為連續(xù)播放的單音，類似于緊急響應(yīng)系統(tǒng)的測試。他說，自制的聲音對于一個(gè)棒球運(yùn)動(dòng)員來說就像擊球機(jī)一樣。“這些機(jī)器沒有投手投球的所有豐富性和不可預(yù)測性，但他們?nèi)匀粠椭騿T為大型賽事做好準(zhǔn)備。”

盡管這種自我刺激過程在聽力開始后消失，但Bergles說如果這種途徑在受傷后重新激活，它可能導(dǎo)致耳鳴或耳鳴“振鈴”。他說，進(jìn)一步了解這種早期信號(hào)可能會(huì)導(dǎo)致新的策略，以改善人工耳蝸植入物的整合和性能，并加速聲音創(chuàng)傷的恢復(fù)。