听皮层和下丘对双耳听觉信息整合的发育及可塑性

Previous studies have shown that binaural hearing is superior to monaural hearing in sound localization, speech perception in a complex sound environment, and postnatal language development. However, the correlated mechanism underlying these phenomena is still not fully understood. Using extracellular single-neuron recording technique, whole cell recording technique, and immunofluorescence technique, we study the postnatal development of binaural information interaction in the aspect of binaural interaction type and the degree of binaural interaction in the auditory cortex and inferior colliculus during normal postnatal auditory development. We also study the neural mechanism, synaptic mechanism, and molecular mechanism of developmental plasticity in binaural interactions induced by abnormal hearing experience (e.g., reversible monaural auditory deprivation, reversible middle-level monaural hearing loss). In the present study, we will also test our hypothesis, i.e., "the ability of neurons in the auditory cortex and inferior colliculus to process sound temporal information (i.e., sound gap duration, sound repetition rate, sound envelope rise time) is better in binaural hearing condition than in monaural hearing condition". These studies will help us to understand the underlying mechanism of the development and the plasticity of binaural interaction in the central auditory system, and provide new experimental evidences and theoretic basis for understanding the contributions of binaural information interaction in sound localization, speech perception, and language development.

已有的研究表明，双耳听觉比单耳听觉在声源定位、复杂声环境下的言语感知、出生后的言语发展等方面有显著优势。然而，与之相关的脑对双耳听觉信息整合的发育及可塑性的机理并未完全揭示清楚。本项目用单细胞胞外记录、全细胞记录、免疫荧光技术等方法研究出生后正常听觉发育过程中听皮层和下丘神经元对双耳听觉信息整合的类型、程度等的发育，以及出生后由于异常听觉经验（可逆单耳听觉剥夺、单耳中度听力损伤）诱导的听皮层和下丘对双耳听觉信息整合的发育可塑性的神经机制、突触机制和分子机制；研究在单耳、双耳条件下听皮层和下丘神经元对声刺激间隔时程、重复率、声刺激包络上升时间等分辨能力的差别，检验我们提出的“双耳听觉条件下听皮层和下丘对声刺激时间信息的处理能力比单耳听觉条件下高”的假说。该研究将为我们理解双耳听觉信息整合的发育及可塑性的原理，以及双耳听觉信息整合对声源定位、言语感知和语言发展的贡献提供新的实验依据和理论基础。

双耳听觉在声源定位、出生后言语发展、以及在复杂声环境下的言语感知等方面比单耳听觉有显著优势，然而，有关脑对双耳听觉信息整合的发育及其可塑性机理仍未阐明清楚。我们用神经电生理学、行为学、免疫组织化学等方法，在大鼠的大脑听皮层和中脑下丘研究了听神经元对双耳听觉信息处理的发育、以及听觉发育过程中的感觉经验如何影响成年时听觉中枢对双耳听觉信息的整合，研究了长期单耳传导性听力损伤对大鼠声源定位、以及听皮层神经元对声源水平方位调谐的影响及其相关的分子机制；比较了双耳听觉和单耳听觉条件下听皮层和下丘神经元对声刺激间隔时程的分辨能力。结果发现，在大鼠获得听觉后的早期，大脑听皮层和中脑下丘听神经元对双耳听觉信息的处理有一个发育过程，表现在听神经元对双耳信息的整合程度、以及对双耳强度差的选择性和敏感性都有随年龄增加而增强的年龄依赖性特点。在大鼠幼年获得听觉后的一段时间，听觉中枢神经元对双耳听觉信息的处理有一个逐步精细化至成熟的过程。长期的单侧传导性听力损伤可破坏大鼠的声源定位能力、降低听皮层神经元对声源水平方位的选择性和敏感性，在幼年时期开始的这种单侧传导性听力损伤导致的效应比成年时期更强。在获得听觉后的早期，可逆的单侧传导性听力损伤或中等强度的噪声暴露不会对成年时听皮层神经元的单耳反应特性和双耳整合类型产生影响，但仍然会导致听皮层神经元对双耳信息的整合程度的下降、以及对双耳强度差的选择性和敏感性的降低。这些研究为我们理解听觉发育过程中听觉中枢对双耳听觉信息处理的发育机制及可塑性机理提供了新的实验证据。此外，我们的研究结果首次在单细胞水平证明了我们在项目申请时提出的假说,即“双耳听觉条件下听皮层和下丘对声刺激时间信息的处理能力比单耳听觉条件下高”。这对我们理解在双耳条件下的言语感知优于在单耳条件下的言语感知的机理有重要意义。