Frontiers | Reconsidering Tonotopic Maps in the Auditory Cortex and Lemniscal Auditory Thalamus in Mice | Frontiers in Neural Circuits

Introduction

De auditieve opgaande pathway is een belangrijk systeem dat geluidsinformatie overbrengt naar de auditieve cortex (AC) bij zoogdieren. De route die uitgaat van het oor wordt de lemniscale route genoemd, die onder andere door de centrale nucleus (ICc) van de inferieure colliculus (IC) in de middenhersenen, en de ventrale divisie (MGv) van het mediale geniculate lichaam (MGB) in de thalamus gaat, op weg naar de AC (Lee en Sherman, 2010; Lee et al., 2011; Winer en Schreiner, 2011). Om auditie bij zoogdieren te begrijpen, is het van cruciaal belang om één voor één de functionele rollen van deze auditieve kernen en de subregio’s van het AC te onthullen. Zo is bijvoorbeeld een aparte functie van het IC aan het licht gekomen: het detecteren van geluidslokalisatie aan de hand van interaurale tijdsverschillen (Fujita en Konishi, 1991; Grothe et al., 2010). Dit succes in het IC werd bereikt door studies met een geschikt diermodel, een kerkuil, die een uitstekend vermogen heeft voor geluidslokalisatie. Toch is er weinig bekend over de auditieve thalamus en AC, waarschijnlijk omdat ze zeer complexe functies en werkingsmechanismen hebben. Om de MGv en AC te onderzoeken, is een geschikt diermodel nodig waarin verschillende experimentele instrumenten beschikbaar zijn om de veelzijdige aspecten van het centrale auditieve systeem te observeren.

In de laatste 10 jaar is de muis naar voren gekomen als een diermodel dat geschikt is voor auditief onderzoek. Muizen zijn gebruikt voor fysiologische analyses van tonotopie (Bandyopadhyay et al., 2010; Rothschild et al., 2010; Guo et al., 2012; Winkowski en Kanold, 2013; Issa et al., 2014; Barnstedt et al., 2015), ontwikkeling (Barkat et al., 2011), beloningsgerelateerde plasticiteit (Ohshima et al., 2010; Kato et al., 2015), relaties met hormonen (Marlin et al., 2015) en gedrag (Schneider et al., 2014), multimodale interacties (Lesicko et al., 2016), en veroudering (Brewton et al., 2016). Het gebruik van muizen in onderzoek naar het centrale auditieve systeem is echter nog beperkt, ondanks de voordelen, waaronder geavanceerde genetische traceerbaarheid (Yang et al., 2013). Onderzoek in andere gebieden van de cortex, met name de visuele cortex (VC), heeft steeds fijnere corticale oppervlaktekaarten in muizen opgeleverd (Garrett et al., 2014), die op hun beurt verschillende regionale functionele eigenschappen (Juavinett en Callaway, 2015) en connectiviteit (D’Souza et al., 2016) hebben laten zien. Dienovereenkomstig is de muis uitgegroeid tot een essentieel platform voor visie onderzoek. Daarom is het afbakenen van een anatomisch nauwkeurige figuur van het auditieve systeem van de muis essentieel om verder fysiologisch onderzoek met betrekking tot de functie van het centrale auditieve systeem mogelijk te maken. In dit mini review artikel, beschrijven we kort de macroscopische auditieve thalamocorticale structuren die tot nu toe zijn blootgelegd in de muis.

Multiple Tonotopic Regions in the Mouse Auditory Cortex

Neurowetenschappelijke studies worden tegenwoordig uitgevoerd volgens de theorie van functionele specialisatie; de zoogdieren hersenen is verdeeld in functionele modules door locatie (Kanwisher, 2010; Zilles en Amunts, 2010). Uitgaande van dit principe wordt het AC verder onderverdeeld in verschillende subregio’s, die elk een eigen regionale functie zouden moeten hebben voor de verwerking van geluid. De ruimtelijke ordening van deze subregio’s wordt over het algemeen weergegeven en geïllustreerd als een auditieve corticale kaart. Een meer gedetailleerde AC kaart biedt dus een beter platform voor het onderzoeken van afzonderlijke regionale functies, omdat alle fysiologische onderzoeken worden uitgevoerd op basis van deze kaart.

De muis AC kaart werd voor het eerst beschreven ongeveer twee decennia geleden (Stiebler et al., 1997). Deze prestatie is prijzenswaardig omdat de onderzoekers meerdere auditieve regio’s identificeerden zonder enige voorkennis door de verdeling van een karakteristieke frequentie (CF), een frequentie waarvoor een neuron zijn laagste excitatoire drempel heeft, te onderzoeken met behulp van unit recording. Deze kaart vertegenwoordigde het AC met vijf subregio’s; twee tonotopische regio’s, het anterieure auditieve veld (AAF) en primaire auditieve cortex (A1), en drie niet-tonotopische regio’s, het secundaire auditieve veld (A2), ultrasonische veld (UF), en dorsoposterior veld (DP; figuur 1). Opmerkelijk, “UF” werd ingesteld als een regio in de dorsorostrale hoek van de AC waar neuronen met een CF meer dan 40 kHz werden gelokaliseerd, terwijl de tonotopie van de AAF en A1 was beperkt tot minder dan ongeveer 40 kHz. De aanwezigheid van de gescheiden “UF” zou kunnen worden beschouwd als een kenmerk of symbool van de AC bij muizen die ultrasone geluiden boven 40 kHz gebruiken in vocale communicatie (Ehret, 1987; Holy en Guo, 2005; Asaba et al., 2014).

FIGUUR 1

Figuur 1. Een nieuwe kaart van de muis auditieve cortex gevisualiseerd met behulp van flavoproteïne fluorescentie imaging (FFI). (A) Een kwantitatieve oppervlakte kaart van de zes subregio’s van de muis AC onthuld met behulp van FFI. Deze panelen werden gewijzigd van Tsukano et al. (2016). AC, auditieve cortex; Cb, cerebellum; MCA, mediale cerebrale slagader; OB, olfactorische bol; RF, rhinal fissuur; SC, somatosensorische cortex; VC, visuele cortex. (B) Illustratie van de oorspronkelijke kaart (Stiebler et al., 1997) en een kaart gebaseerd op de resultaten van recente optische beeldvormingsstudies (Sawatari et al., 2011; Tsukano et al., 2015). Deze AC-kaarten worden beschouwd als een weergave van een kaart die in lagen 2/3 ligt. (C) Afbakening van de zes auditieve subregio’s in de coronale weergave. Bar, 1 mm. Deze panelen werden gewijzigd van Tsukano et al. (2016).

Optische beeldvorming die uniforme observatie van het hersenoppervlak mogelijk maakt (Hishida et al., 2014; Matsui et al., 2016) zal waarschijnlijk een extra of alternatief hulpmiddel worden om de fijne muis AC kaarten te visualiseren. Hier bespreken we de voor- en nadelen van het in kaart brengen met behulp van optische beeldvorming versus elektrofysiologie. Optische beeldvorming vereist geen invasieve operaties, zoals dichte penetratie van elektroden in de hersenen, omdat het mogelijk maakt de visualisatie van neurale reacties op de corticale oppervlak in een oogopslag. Van de nota, flavoproteïne fluorescentie beeldvorming (FFI; Shibuki et al., 2003) en beeldvorming met behulp van Cre-afhankelijke GCaMP-expressie muizen (Zariwala et al., 2012), die beide observeren neurale reacties via oorspronkelijk-en homogeen-geëxpresseerde fluoroforen in de hersenen, vereisen geen craniotomie of calcium-gevoelige kleurstof toepassing, waardoor transcraniële observatie. Inderdaad, deze methoden zijn gebruikt om fijne reacties te visualiseren op het corticale oppervlak van de primaire (Yoshitake et al., 2013) en hogere-orde visuele gebieden (Tohmi et al., 2009, 2014; Andermann et al., 2011). Echter, optische beeldvorming heeft verschillende nadelen ten opzichte van elektrofysiologie. Ten eerste, met uitzondering van spanning-gevoelige-dye beeldvorming, optische beeldvorming heeft een slechte temporele resolutie. Ten tweede is het onduidelijk uit welke lagen signalen worden gedetecteerd. Aangenomen wordt dat optische beeldvorming reacties in lagen 2/3 bij muizen visualiseert: dit komt omdat fysiologische eigenschappen waargenomen met optische beeldvorming consistent zijn met die van laag 2/3 neuronen waargenomen met behulp van twee-foton imaging (Tohmi et al., 2014), en omdat de permeabiliteit van blauw excitatie licht is relatief laag. Ten derde, elektrofysiologie is nuttig voor het onderzoeken van diepe hersengebieden, zoals de thalamus (Hackett et al., 2011). Tot slot, optische beeldvorming is niet beschikbaar voor single-neuron schaal analyses. Na het begrijpen van de verdiensten en gebreken, is het duidelijk dat de keuze van een geschikte techniek is afhankelijk van het doel van de onderzoeken.

Profiteren van bovengenoemde verdiensten, optische beeldvorming heeft het mogelijk gemaakt de visualisatie van fijne reacties in kleine auditieve regio’s, waardoor we een nieuwe kaart van de muis AC voor te stellen. Muis AC kaarten gegenereerd met behulp van FFI en beeldvorming met GCaMP3-expresserende muizen zijn anders dan klassieke kaarten op de volgende manieren: (1) De grootte en locatie van de auditieve regio’s zijn symmetrisch in beide hemisferen, althans in C57BL/6 muizen (Tsukano et al., 2016), hoewel de linker AC van oudsher wordt beschouwd als groter dan de rechter (Stiebler et al., 1997). (2) De regio die klassiek werd geannoteerd als A1 is verdeeld in twee tonotopische regio’s, A1 en het dorsomediale veld (DM; Tsukano et al., 2013a, 2015, 2017). In feite slaagde dichte hoogwaardige elektrofysiologische mapping erin om deze twee regio’s te onderscheiden (Guo et al., 2012), zoals getoond in figuur 7 in Issa et al. (2014). (3) De A2 heeft een tonotopische ordening die dorsoventraal loopt (Kubota et al., 2008; Issa et al., 2014; Tsukano et al., 2015, 2016). (4) De tonotopische richting van de AAF loopt dorsoventraal (Tsukano et al., 2015, 2016; Issa et al., 2014). (5) Over het geheel genomen bestaan er ten minste zes subregio’s in het AC van de muis (figuur 1). Vier regio’s, de AAF, A1, A2, en DM, zijn tonotopisch gerangschikt. Twee regio’s, het dorsoanterior veld (DA) en DP, zijn niet-tonotopische regio’s. Single-neuron schaalanalyses toonden aan dat neuronen in deze niet-tonotopische regio’s een duidelijke CF hebben (Guo et al., 2012), maar hun ruimtelijke verdeling is willekeurig (Stiebler et al., 1997; Honma et al., 2013). De nieuwe auditieve corticale kaart wordt ondersteund door anatomische onderzoeken die regionale verschillen laten zien in cytoarchitecturale patronen gevisualiseerd door immunolabeling van niet-gefosforyleerde neurofilamenten (NNF). Auditieve regio’s hebben verschillende NNF kleuring patronen in termen van dendritische arborisatie en distributie per laag in muizen (Horie et al., 2015), zoals aangetoond in een ander knaagdier onderzoek (Budinger et al., 2000). Bovendien hebben auditieve regio’s een verschillende thalamische oorsprong (Horie et al., 2013; Takemoto et al., 2014; Tsukano et al., 2015). (6) Het laatste punt is het belangrijkste om te accentueren; het is onwaarschijnlijk dat de onafhankelijke UF aanwezig is in de muis AC. Deze bewering wordt ondersteund door het feit dat alle vier van de tonotopische regio’s (de AAF, A1, A2 en DM) afzonderlijke ultrasone frequentiebanden boven 40 kHz omvatten (figuur 1; Issa et al., 2014; Tsukano et al., 2015, 2016). Daarom kan de term UF als verouderd worden beschouwd. We nemen aan dat het gebied dat eerst werd geannoteerd als de UF een mengsel was van de DA en de hoge frequentiebanden van de DM. Een sleutelzin in Stiebler et al. (1997) ondersteunt dit idee: “De beste frequenties1 van neuronen in de UF waren vaak moeilijk te bepalen omdat – vooral in het rostrale deel ervan – neuronen bij voorkeur reageerden op frequentiegemoduleerde tonen.” (p. 561, regel 14 van onderen). Optische beeldvorming gaf ook aan dat er een niet-tonotopische regio is, de DA, die goed reageert op frequentiegemoduleerde geluiden in de buurt van de UF (Honma et al., 2013; Tsukano et al., 2015). Hoewel het in kaart brengen van dichte elektroden de aanwezigheid van de DA niet duidelijk ondersteunt (Guo et al., 2012), zal verder onderzoek deze discrepantie waarschijnlijk kunnen oplossen door een andere parameter te onderzoeken, aangezien elektrofysiologie het voordeel heeft van het onderzoeken van eigenschappen op single-neuron niveau (Joachimsthaler et al., 2014). Over het geheel genomen is de aanwezigheid van de UF-regio een groot obstakel geweest bij het vergelijken van de AC van de muis met die van andere knaagdieren, omdat een UF-achtige regio zelfs afwezig is in de rat, een knaagdier dat zeer vergelijkbaar is met de muis. Door af te zien van het UF hebben we nu de mogelijkheid om de auditieve cortices van verschillende knaagdieren te homologeren of te analiseren, wat fysiologisch onderzoek op basis van corticale ruimtelijke informatie vergemakkelijkt (Baba et al., 2016).

Multiple Compartments in the Mouse MGv and Parallel Processing in the Central Lemniscal Auditory System

Het is bekend dat tonotopie zijn oorsprong vindt in het slakkenhuis. Geluiden komen het oor binnen en de trillingen worden doorgegeven aan het basilair membraan in het slakkenhuis. Frequenties van tonen worden omgezet in een eendimensionale ruimtelijke ordening op het basilair membraan en gerangschikt als een enkele gradatie van lage naar hoge frequenties (Békésy, 1960). De tonotopische gradiënt wordt overgebracht via de centrale auditieve opgaande route, de ICc en MGv, op weg naar de A1 (Lee en Sherman, 2010; Lee et al., 2011), waar kernen topologisch met elkaar verbonden zijn. Daarom is er een heersend concept dat er slechts één tonotopische gradiënt bestaat in de ICc (Portfors et al., 2011; Cheung et al., 2012) en MGv (Cetas et al., 2001; Hackett et al., 2011; Moerel et al., 2015) over soorten heen, hoewel het kan divergeren of worden gedupliceerd bij het binnengaan van de AC.

Echter, recent onderzoek onthulde nieuwe structuren in de auditieve thalamus die betrokken kunnen zijn bij essentiële auditieve verwerking: De muis MGv is niet gerangschikt als een enkele monotone structuur, maar is samengesteld uit meerdere compartimenten, die elk aanleiding geven tot frequentie-gerelateerde topologische projecties naar verschillende corticale doelen (figuur 2). Horie et al. (2013) en Takemoto et al. (2014) injecteerden retrograde tracers langs tonotopische assen in auditieve corticale regio’s geïdentificeerd met behulp van optische beeldvorming, en vonden compartimenten die projecteren naar de AAF, A1, of insular auditory field (IAF) in het midden van de MGv. Hoewel eerdere studies met katten de aanwezigheid van parallelle projecties in de lemniscale thalamocorticale paden suggereerden (Huang en Winer, 2000; Lee et al., 2004; Lee en Winer, 2008), werden duidelijke meervoudige compartimenten met verschillende tonotopie in de MGv niet gerapporteerd. Hier moeten we opmerken dat topografie in de muis MGv momenteel niet kan worden gelijkgesteld met tonotopie. Terwijl tonotopische gradiënten in de AC in detail zijn bestudeerd, zijn die in de MGv dat niet, en weinig studies hebben onderzocht of identieke frequentiebanden in de MGv en AC topologisch met elkaar verbonden zijn (hoewel één studie bij katten dit heeft bevestigd (Lee et al., 2004)). Deze resultaten werden onlangs bij muizen in twijfel getrokken, waarbij gebruik werd gemaakt van een combinatie van tracering en elektrofysiologie, om te bevestigen dat twee tonotopische gradiënten in de MGv en AC via topologische projecties met elkaar verbonden zijn (Hackett et al., 2011). De auteurs toonden duidelijk aan dat tonotopie in ten minste één corticale regio en die in het corresponderende MGv compartiment op een topologische manier met elkaar verbonden zijn. Bovendien toonden hun gegevens CF distributie in een midden-midden-hoog-laag mode in de middelste MGv in de lateromediale as, wat consistent is met de ordening gesuggereerd door tracing experimenten (Horie et al., 2013; Takemoto et al., 2014), hoewel deze studie werd uitgevoerd met de aanname dat tonotopie van de MGv monotoon zou zijn. Nu is gevonden dat het rostrale compartiment projecteert naar de DM (Tsukano et al., 2015), zijn er ten minste drie parallelle topologische verbindingen tussen de MGv en AC en één topologische verbinding tussen de MGv en IAF onthuld bij muizen (Figuur 2). Daarom zijn toekomstige fysiologische studies nodig om te bevestigen dat alle topografische organisatie in de MGv, die verband houdt met corticale frequentie gradiënten, consistent is met de “laag naar hoog” gradiënt van CF distributie van MGv neuronen.

FIGUUR 2

Figuur 2. De geremodelleerde thalamocorticale auditieve pad bij muizen. (A) Schematische tekening van de thalamocorticale auditieve pathway. De AC ontvangt thalamische inputs van de ventrale afdeling van de mediale geniculate lichaam (MGv). (B) Meerdere compartimenten onthuld binnenin de MGv. Neuronen projecteren naar het dorsomediale veld (DM) zijn gelokaliseerd in het rostrale compartiment (rood; Tsukano et al., 2015). Neuronen die projecteren naar de primaire auditieve cortex (A1) zijn gelokaliseerd in het laterale compartiment van de middelste MGv (groen; Horie et al., 2013; Takemoto et al., 2014). Neuronen die projecteren naar het anterieure auditieve veld (AAF) zijn gelokaliseerd in het mediale compartiment van het middelste MGv (blauw; Horie et al., 2013; Takemoto et al., 2014). Neuronen die projecteren naar het insulaire auditieve veld (IAF) zijn gelokaliseerd in het inferomediale compartiment in het middelste MGv (geel; Takemoto et al., 2014). Elk compartiment geeft aanleiding tot topologische projecties naar zijn corticale doelwit. Bovendien is de caudale helft van de muis MGv nu niet gekarakteriseerd (Tsukano et al., 2015); daarom is het zeer goed mogelijk dat neuronen die projecteren naar het secundaire auditieve veld (A2), een overgebleven tonotopisch gebied in de AC, gelokaliseerd zijn in het caudale MGv compartiment zoals gesuggereerd in Ohga et al. (2015). (C) Een nieuw model van de thalamocorticale auditieve pathway, die is samengesteld uit verschillende parallelle stromen. Toekomstige studies zijn nodig om te bepalen of de centrale nucleus van de inferieure colliculus (ICc) ook bestaat uit meerdere compartimenten met een verschillende frequentie organisatie, of dat divergentie van tonotopie van de ICc naar de MGv optreedt. Bovendien is niet duidelijk of het caudale compartiment in de MGv topografisch is geordend. Comp, compartiment.

De aanwezigheid van dergelijke macroscopische structuur-gebaseerde parallelle paden in de lemniscale pathway geeft sterk aan dat corticale meervoudige tonotopie zou kunnen worden vastgesteld door meerdere topologische thalamocorticale ingangen (figuur 2). Merk op dat de corticocorticale vorming en thalamocortical vorming van tonotopie in de cortex zijn niet wederzijds uitsluiten. In het heersende concept dat auditieve informatie wordt overgebracht via de intracorticale hiërarchische stroom vanaf A1, wordt meervoudige tonotopische organisatie beschouwd als een weerspiegeling van A1 tonotopie: dit is ongetwijfeld omdat isofrequentiebanden in corticale tonotopie met elkaar verbonden zijn (Schreiner en Winer, 2007; Lee en Winer, 2008). Daarentegen zenden MGv-compartimenten topologische projecties naar lagen 3b/4 in auditieve corticale subregio’s. Daar kunnen thalamocorticale en corticocorticale inputs convergeren op dendrietbomen van thalamorecipient neuronen (Richardson et al., 2009). Tonotopische organisatie in lagen 3b/4 wordt verder overgebracht naar laag 2/3, waarbij de oorspronkelijke vorm grotendeels behouden blijft (Guo et al., 2012), hoewel de complexiteit op microschaal toeneemt (Bandyopadhyay et al., 2010; Rothschild et al., 2010; Winkowski en Kanold, 2013). Over het geheel genomen komen auditieve corticale kaarten die zijn waargenomen via optische beeldvorming tot stand als gevolg van integratie van de thalamocorticale en corticocorticale formatie.

Belangrijk is dat de aanwezigheid van lemniscale parallelle paden de mogelijkheid suggereert dat verschillende auditieve informatie rechtstreeks vanuit de MGv wordt overgebracht naar andere corticale regio’s dan A1. In het heersende concept komt de auditieve informatie eerst de kernregio’s binnen en wordt vervolgens doorgegeven aan hogere orde auditieve velden (Kaas en Hackett, 2000). Echter, zelfs de DA, die beschouwd wordt als een hogere-orde gebied omdat het tonotopie mist, ontvangt dichte projecties direct van de MGv (Hofstetter en Ehret, 1992; Honma et al., 2013; Tsukano et al., 2013b, 2015) hoewel de precieze locaties van de projectie neuronen nog niet kwantitatief zijn geanalyseerd. De MGv moet een gating functie hebben om te beslissen welke geluidsinformatie naar elk corticaal doel moet worden gestuurd. Het is bekend dat de sensorische thalamus nauwe relaties onderhoudt met de thalamische reticulaire nucleus (TRN), die bezet is met GABA-erge neuronen en betrokken is bij de poortcontrole van opgaande auditieve inputs (Cotillon-Williams et al., 2008; Kimura et al., 2009). Het is waarschijnlijker geworden dat de MGv niet alleen fungeert als een relaispunt, maar ook als een selectiefilter van auditieve informatie (Blundon en Zakharenko, 2013).

Een op macroscopische structuur gebaseerde thalamocorticale parallelle pathway kan alomtegenwoordig zijn in knaagdier zintuiglijke systemen. Het is gemeld dat het auditieve systeem bij ratten parallelle thalamocorticale paden heeft. De rat AC omvat meerdere tonotopische regio’s (Kalatsky et al., 2005; Polley et al., 2007), vergelijkbaar met de muis, en de thalamische oorsprong van deze tonotopische regio’s: A1 en het ventrale deel van de AC, zijn rostrocaudaal verschillend in de MGv (Storace et al., 2011, 2012; Shiramatsu et al., 2016). Ruimtelijke relaties tussen thalamische oorsprong en corticale doelen zijn dus vergelijkbaar tussen muizen en ratten. Bovendien hintten oudere tracing experimenten op het bestaan van parallelle auditieve thalamocorticale paden in een andere knaagdiersoort, de cavia (Redies et al., 1989). In de muis VC, zijn gedetailleerde hogere-orde regio’s onthuld met behulp van optische beeldvorming (Tohmi et al., 2009, 2014; Andermann et al., 2011; Marshel et al., 2011) en hun thalamische oorsprong vanuit de visuele thalamus was verschillend, wat de aanwezigheid van parallelle stromen in het hogere-orde visuele systeem suggereert (Tohmi et al., 2014). Toekomstige fysiologische studies moeten nagaan welke aspecten van sensorische informatie via de thalamus in corticale subregio’s worden gevoed, en onderzoeken hoe parallelle thalamische afferenten samenwerken met corticocorticale hiërarchische verwerking.

De oorsprong van lemniscale tectothalamische projecties naar de MGv is de ICc. Zoals hierboven vermeld, wordt de ICc beschouwd als een monotone, enkelvoudige structuur (figuur 2). De ICc kan echter ook bestaan uit meerdere compartimenten met verschillende tonotopie, die elk projecties zenden naar een compartiment in de MGv. Anders kan tonotopie in de ICc enkelvoudig zijn, maar tonotopie divergeert bij overdracht naar de MGv zodanig dat een enkel neuron aanleiding geeft tot projectietakken naar verschillende compartimenten in de MGv. Het is belangrijk te weten in welke lemniscale nucleus tonotopische divergentie optreedt in termen van gating of selectie van klankkenmerken per pathway. Op zijn minst moeten we toegeven dat auditie wordt gerealiseerd door complexere pathways dan eerder gedacht.

Conclusies

Een gedetailleerde kaart van de AC en een nieuw schema van parallelle thalamocorticale projecties vanuit de MGv en AC zijn geleidelijk onthuld bij muizen, wat leidt tot het concept dat corticale meervoudige tonotopie “meervoudige kernen” vertegenwoordigt bij knaagdieren (Storace et al., 2012). Een nieuwe theorie of model zal nodig zijn om de meervoudige parallelle perifere inputs in de meervoudige corticale regio’s te combineren met bestaande zoogdieren corticocorticale hiërarchische verwerking (Felleman en Van Essen, 1991; Kaas en Hackett, 2000). Omdat de functionele betekenis van de aanwezigheid van tonotopie tegenwoordig controversieel is (Hackett et al., 2011; Aschauer en Rumpel, 2014), zijn verdere studies nodig om te bepalen waarom zowel de auditieve thalamus als de cortex meerdere compartimenten en regio’s met verschillende tonotopie nodig hebben. Gebaseerd op de theorie van functionele specialisatie, kan elke auditieve corticale subregio en compartiment een aparte rol hebben om een verschillende geluidsfactor te verwerken. Deze vragen zijn essentieel voor toekomstig centraal auditieve systeem onderzoek om werkende mechanismen te onthullen.

Author Contributions

HTsukano, MH, SO, KT en YK voerden experimenten uit en verkregen basiskennis om deze review te schrijven. RH en HTakebayashi gaven kritische idee en commentaar op dit werk. HTsukano verkreeg financiering voor dit werk. HTsukano schreef het manuscript, en HTsukano en KS hebben het gereviseerd. Alle auteurs keurden de publicatie van dit manuscript goed.

Funding

Dit werk werd ondersteund door Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) KAKENHI Grant No. 26830008 (aan HTsukano), een subsidie voor de bevordering van de medische wetenschap en medische zorg No. 15KI149 van de Ichiro Kanehara Foundation (aan HTsukano), en een subsidie voor basiswetenschappelijk onderzoeksprojecten No. 140254 van de Sumitomo Foundation (aan HTsukano).

Conflict of Interest Statement

De auteurs verklaren dat het onderzoek is uitgevoerd in afwezigheid van commerciële of financiële relaties die zouden kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.

Acknowledgments

We danken S. Maruyama voor technische assistentie bij histologische experimenten, en A. Matsushima en M. Isogai voor het fokken van dieren en het onderhoud.

Afkortingen

AAF, anterieur gehoorveld; AC, auditieve cortex; A1, primair gehoorveld; A2, secundair gehoorveld; CF, karakteristieke frequentie; DA, dorsoanterior veld; DM, dorsomediaal veld; DP, dorsoposterior veld; FFI, flavoproteïne fluorescentiebeeldvorming; IAF, insulair auditief veld; IC, inferieure colliculus; ICc, centrale kern van de inferieure colliculus; MGB, mediaal geniculatielichaam; MGv, ventrale afdeling van het mediaal geniculatielichaam; TRN, thalamische reticulaire kern; UF, ultrasonisch veld.

Voetnoten

^ Tegenwoordig wordt de beste frequentie (BF) in het auditieve systeem gewoonlijk gedefinieerd als een frequentie waarvoor een neuron het gevoeligst is onder de voorwaarde dat de toonintensiteit constant is. Hoewel de term BF in hun artikel werd gebruikt, kan hij precies worden beschouwd als een karakteristieke frequentie (CF).

Andermann, M. L., Kerlin, A. M., Roumis, D. K., Glickfeld, L. L., and Reid, R. C. (2011). Functionele specialisatie van hogere visuele corticale gebieden bij de muis. Neuron 72, 1025-1039. doi: 10.1016/j.neuron.2011.11.013