应用在体微电刺激的方法研究大脑听觉皮质不同区域的功能分化

听觉认知行为是人和动物的一项重要的感觉生理功能。为了揭示其内在的神经机制，既往很多实验都通过细胞外电生理记录的方法研究了大脑听皮层神经元对各种声音的反应情况。虽然这些研究结果能够说明声音刺激是如何影响神经元电活动的，但却不能确切地证明神经元活动与声音感觉有无直接的因果关系。为了充分证明听皮层神经元活动与声音感觉的因果关系，我们计划以家猫为动物模型，利用微电刺激诱发局部听皮层神经元兴奋，同时观察实验动物有无类似听觉的行为反应。通过这一方法深入系统地探讨听皮层各个区域的生理功能。其结果不但将为全面揭示大脑听皮层的工作机制提供重要依据，更为重要的是将验证能否通过多通道电刺激来编码声音信号并直接传递给脑，以实现建立在听皮层的听觉脑机接口，为帮助耳聋患者复聪提供新希望。

听觉认知行为是人和动物的一项重要的感觉生理功能。为了揭示其内在的神经机制，既往很多实验都通过细胞外电生理记录的方法研究了大脑听皮层神经元对各种声音刺激的反应情况，以此分析神经元电活动与听觉认知行为的相关性。然而这种研究方法却不能确切地证明神经元活动与声音感觉有无直接的因果关系。因为即便我们观察到了某一神经元在声音响起时兴奋了，并不能证明只要该神经元兴奋了就会能产生这种声音感觉。为了充分证明听皮层神经元活动与声音感觉之间的因果关系，我们以家猫为动物模型，先训练其掌握用Go/No-Go的行为任务模式识别不同的声音刺激，然后在其大脑听皮层内埋置微电极，通过微电流刺激激活局部听皮层神经元兴奋，观察能否诱导家猫产生类似听觉的行为反应。 通过实验我们证实了电刺激听皮层的A1区和A2区可以诱发猫产生声音感觉。我们系统地检验了电流刺激的各种物理参数，如pulse amplitude, pulse duration, inter-pulse interval, number of pulses对诱发声音感觉的影响，建立了相应的数学模型为电刺激实验的参数选择提供了重要的参考依据。我们采用噪音遮蔽的方法推测出A1区和A2区内微电刺所诱发的声音感觉的强度，证实猫对电刺激A1和A2区的感应灵敏度没有明显区别。利用纯音遮蔽的方法我们证实A1区电刺激可以诱发出与电极所在位置神经元的BF像类似的纯音声音感觉，而电刺激A2区所诱发的是非纯音的声音感觉。进一步我们通过变换电刺激的空间和时间模式的方法，模拟传递声音的调频和调幅信息，证实猫可以识别出这些动态变化的刺激信号。我们的实验结果的科学意义在于有力地证明了听皮层神经元活动与声音感觉形成之间存在因果关系，并且充分说明了A1区和A2区在听觉神经中枢网络中的功能分化。其长远应用价值在于证实了能够通过微电极的电脉冲模式来编码声音信号并直接传递给脑，以实现建立在听皮层的听觉脑机接口，帮助耳聋患者复聪。