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

Introduction

Szlak wstępujący słuchowy jest ważnym systemem, który przekazuje informacje dźwiękowe do kory słuchowej (AC) u ssaków. Droga, która pochodzi z ucha, nazywana jest drogą lemniskularną, która przechodzi między innymi przez jądro środkowe (ICc) obojczyka dolnego (IC) w śródmózgowiu oraz brzuszną część (MGv) przyśrodkowego ciała modzelowatego (MGB) we wzgórzu, w drodze do AC (Lee i Sherman, 2010; Lee i in., 2011; Winer i Schreiner, 2011). Dla zrozumienia słuchu u ssaków kluczowe jest odkrycie, jedna po drugiej, funkcjonalnych ról tych jąder słuchowych i subregionów AC. Na przykład, ujawniono odrębną funkcję IC: wykrywanie lokalizacji dźwięku poprzez odniesienie do międzyusznych różnic czasowych (Fujita i Konishi, 1991; Grothe i in., 2010). Ten sukces w zakresie IC został osiągnięty dzięki badaniom z wykorzystaniem odpowiedniego modelu zwierzęcego, sowy uszatej, która ma wybitne zdolności do lokalizacji dźwięku. Niewiele jednak wiadomo o wzgórzu słuchowym i AC, prawdopodobnie dlatego, że mają one bardzo złożone funkcje i mechanizmy działania. Aby zbadać MGv i AC, potrzebny jest odpowiedni model zwierzęcy, w którym dostępne są różne narzędzia eksperymentalne do obserwacji wielu aspektów centralnego układu słuchowego.

W ciągu ostatnich 10 lat, mysz pojawiła się jako model zwierzęcy, który jest podatny na badania słuchu. Myszy zostały wykorzystane do fizjologicznych analiz tonotopii (Bandyopadhyay i in., 2010; Rothschild i in., 2010; Guo i in., 2012; Winkowski i Kanold, 2013; Issa i in., 2014; Barnstedt i in., 2015), rozwoju (Barkat i in., 2011), plastyczności związanej z nagrodą (Ohshima i in., 2010; Kato i in., 2015), związków z hormonami (Marlin i in., 2015) i zachowaniem (Schneider i in., 2014), interakcji multimodalnych (Lesicko i in., 2016) oraz starzenia się (Brewton i in., 2016). Jednak wykorzystanie myszy w badaniach nad ośrodkowym układem słuchowym jest wciąż ograniczone, pomimo ich zalet, do których należy m.in. zaawansowana podatność genetyczna (Yang i in., 2013). Badania obejmujące inne regiony kory, zwłaszcza kory wzrokowej (VC), pozwoliły na wyznaczenie coraz dokładniejszych map powierzchni korowej u myszy (Garrett i in., 2014), co z kolei ujawniło odrębne regionalne właściwości funkcjonalne (Juavinett i Callaway, 2015) i łączność (D’Souza i in., 2016). W związku z tym, mysz stała się istotną platformą dla badań nad widzeniem. Dlatego też, wyznaczenie anatomicznie precyzyjnej sylwetki układu słuchowego myszy jest niezbędne, aby umożliwić dalsze badania fizjologiczne dotyczące funkcji centralnego układu słuchowego. W tym mini artykule przeglądowym, krótko opisujemy makroskopowe struktury wzgórzokorowe układu słuchowego, które do tej pory zostały odkryte u myszy.

Multiple Tonotopic Regions in the Mouse Auditory Cortex

Badania neurobiologiczne są obecnie prowadzone zgodnie z teorią specjalizacji funkcjonalnej; mózg ssaków jest podzielony na moduły funkcjonalne według lokalizacji (Kanwisher, 2010; Zilles i Amunts, 2010). Biorąc pod uwagę tę zasadę, AC jest dalej dzielona na kilka subregionów, z których każdy powinien mieć odrębną funkcję regionalną dla przetwarzania dźwięku. Przestrzenne rozmieszczenie tych podregionów jest zwykle przedstawiane i ilustrowane jako słuchowa mapa korowa. Tak więc, bardziej szczegółowa mapa AC zapewnia lepszą platformę do badania odrębnej funkcji regionalnej, ponieważ wszystkie badania fizjologiczne są prowadzone na podstawie tej mapy.

Mapa AC myszy została po raz pierwszy opisana około dwóch dekad temu (Stiebler i in., 1997). Osiągnięcie to jest godne pochwały, ponieważ badacze zidentyfikowali wiele regionów słuchowych bez żadnej wcześniejszej wiedzy, badając rozkład charakterystycznej częstotliwości (CF), częstotliwości, dla której neuron ma najniższy próg pobudzenia, przy użyciu zapisu jednostkowego. Mapa ta przedstawiała AC z pięcioma podregionami; dwa tonotopowe regiony, przednie pole słuchowe (AAF) i pierwotna kora słuchowa (A1), oraz trzy nietonotopowe regiony, wtórne pole słuchowe (A2), pole ultradźwiękowe (UF) i pole grzbietowo-boczne (DP; Rysunek 1). Co znamienne, „UF” zostało wyznaczone jako region w grzbietowo-bocznym rogu AC, gdzie zlokalizowane były neurony o CF powyżej 40 kHz, podczas gdy tonotopia AAF i A1 była ograniczona do mniej niż około 40 kHz. Obecność posegregowanych „UF” może być traktowana jako cecha lub symbol AC u myszy, które w komunikacji wokalnej wykorzystują ultradźwięki powyżej 40 kHz (Ehret, 1987; Holy i Guo, 2005; Asaba i in., 2014).

RYSUNEK 1

Rysunek 1. Nowa mapa kory słuchowej myszy wizualizowana przy użyciu obrazowania fluorescencji flawoproteinowej (FFI). (A) Ilościowa mapa powierzchni sześciu podregionów kory słuchowej myszy ujawniona przy użyciu FFI. Te panele zostały zmodyfikowane z Tsukano i wsp. (2016). AC, kora słuchowa; Cb, móżdżek; MCA, tętnica mózgowa środkowa; OB, opuszka węchowa; RF, szczelina rdzeniowa; SC, kora somatosensoryczna; VC, kora wzrokowa. (B) Ilustracja oryginalnej mapy (Stiebler i in., 1997) oraz mapy opartej na wynikach ostatnich badań obrazowania optycznego (Sawatari i in., 2011; Tsukano i in., 2015). Uznaje się, że te mapy AC odzwierciedlają mapę leżącą w warstwach 2/3. (C) Delineacja sześciu podregionów słuchowych w widoku koronalnym. Pasek, 1 mm. Te panele zostały zmodyfikowane z Tsukano et al. (2016).

Optical imaging, który umożliwia jednolitą obserwację powierzchni mózgu (Hishida et al., 2014; Matsui et al., 2016) prawdopodobnie stanie się dodatkowym lub alternatywnym narzędziem do wizualizacji delikatnych map AC myszy. Poniżej omawiamy zalety i wady mapowania z wykorzystaniem obrazowania optycznego vs elektrofizjologii. Obrazowanie optyczne nie wymaga inwazyjnych operacji, takich jak gęsta penetracja elektrod do mózgu, ponieważ pozwala na błyskawiczną wizualizację odpowiedzi neuronalnych na powierzchni korowej. Na uwagę zasługuje obrazowanie fluorescencji flawoproteinowej (FFI; Shibuki i in., 2003) oraz obrazowanie z wykorzystaniem myszy GCaMP-ekspresji zależnej od Cre (Zariwala i in., 2012), które obserwują odpowiedzi neuronalne za pomocą pierwotnie i homogennie wyekspresjonowanych fluoroforów w mózgu, nie wymagają ani kraniotomii, ani aplikacji barwników wrażliwych na wapń, co pozwala na obserwację przezczaszkową. Rzeczywiście, metody te zostały wykorzystane do wizualizacji drobnych odpowiedzi na powierzchni korowej obszarów wzrokowych pierwszorzędowych (Yoshitake i in., 2013) i wyższego rzędu (Tohmi i in., 2009, 2014; Andermann i in., 2011). Obrazowanie optyczne ma jednak kilka wad w porównaniu z elektrofizjologią. Po pierwsze, z wyjątkiem obrazowania barwnikowego wrażliwego na napięcie, obrazowanie optyczne ma słabą rozdzielczość czasową. Po drugie, nie jest jasne, z których warstw wykrywane są sygnały. Przyjmuje się, że obrazowanie optyczne wizualizuje odpowiedzi w warstwach 2/3 u myszy: wynika to z faktu, że właściwości fizjologiczne obserwowane za pomocą obrazowania optycznego są zgodne z właściwościami neuronów warstwy 2/3 obserwowanymi za pomocą obrazowania dwufotonowego (Tohmi i in., 2014), a także z faktu, że przepuszczalność niebieskiego światła wzbudzającego jest stosunkowo niska. Po trzecie, elektrofizjologia jest przydatna do badania głębokich regionów mózgu, takich jak wzgórze (Hackett i in., 2011). Wreszcie, obrazowanie optyczne jest niedostępne dla analiz w skali pojedynczego neuronu. Po zrozumieniu zalet i wad, jasne jest, że wybór odpowiedniej techniki zależy od celu badań.

Korzystając z wyżej wymienionych zalet, obrazowanie optyczne umożliwiło wizualizację drobnych odpowiedzi w małych regionach słuchowych, co pozwoliło nam zaproponować nową mapę mysiej AC. Mapy AC myszy wygenerowane przy użyciu FFI i obrazowania z udziałem myszy z ekspresją GCaMP3 różnią się od klasycznych map w następujący sposób: (1) Rozmiar i lokalizacja regionów słuchowych są symetryczne w obu półkulach, przynajmniej u myszy C57BL/6 (Tsukano i in., 2016), chociaż tradycyjnie uważa się, że lewy AC jest większy niż prawy (Stiebler i in., 1997). (2) Region, który był klasycznie anotowany jako A1, jest podzielony na dwa regiony tonotopowe, A1 i pole grzbietowo-przyśrodkowe (DM; Tsukano i in., 2013a, 2015, 2017). Faktycznie, gęste, wysokiej jakości mapowanie elektrofizjologiczne zdołało odróżnić te dwa regiony (Guo i in., 2012), jak pokazano na rysunku 7 w Issa i in. (2014). (3) A2 ma układ tonotopowy, który przebiega dorsoentralnie (Kubota i in., 2008; Issa i in., 2014; Tsukano i in., 2015, 2016). (4) Tonotopowy kierunek AAF przemieszcza się dorsoventralnie (Tsukano i in., 2015, 2016; Issa i in., 2014). (5) W sumie, w mysim AC istnieje co najmniej sześć podregionów (Rysunek 1). Cztery regiony, AAF, A1, A2 i DM, są ułożone tonotopicznie. Dwa regiony, dorsoanterior field (DA) i DP, są regionami nietonotopowymi. Analizy skali pojedynczych neuronów wykazały, że neurony w tych nietonotopowych regionach mają wyraźne CF (Guo i in., 2012), ale ich rozkład przestrzenny jest przypadkowy (Stiebler i in., 1997; Honma i in., 2013). Nowa mapa kory słuchowej jest wspierana przez badania anatomiczne, które pokazują regionalne różnice we wzorcach cytoarchitektonicznych wizualizowanych przez immunolabeling niefosforylowanych neurofilamentów (NNF). Regiony słuchowe mają odmienne wzory barwienia NNF pod względem arborystyki dendrytów i dystrybucji w poszczególnych warstwach u myszy (Horie i in., 2015), jak wykazano w innym badaniu na gryzoniach (Budinger i in., 2000). Co więcej, regiony słuchowe mają odrębne pochodzenie wzgórzowe (Horie i in., 2013; Takemoto i in., 2014; Tsukano i in., 2015). (6) Ostatni punkt jest najważniejszy do zaakcentowania; jest mało prawdopodobne, aby niezależny UF był obecny w mysim AC. Twierdzenie to potwierdza fakt, że wszystkie cztery regiony tonotopowe (AAF, A1, A2 i DM) obejmują odrębne pasma częstotliwości ultradźwiękowych powyżej 40 kHz (Rycina 1; Issa i in., 2014; Tsukano i in., 2015, 2016). W związku z tym termin UF można uznać za nieaktualny. Zakładamy, że region, który został po raz pierwszy anotowany jako UF, był mieszanką DA i pasm wysokich częstotliwości DM. Kluczowe zdanie w Stiebler et al. (1997) wspiera ten pomysł: „Najlepsze częstotliwości1 neuronów w UF były często trudne do określenia, ponieważ – szczególnie w jego rostralnej części – neurony preferencyjnie reagowały na tony modulowane częstotliwościowo.” (str. 561, linia 14 od dołu). Obrazowanie optyczne wskazało również na istnienie nietonotopowego regionu, DA, który dobrze reaguje na dźwięki modulowane częstotliwościowo w pobliżu UF (Honma i in., 2013; Tsukano i in., 2015). Chociaż mapowanie gęstych elektrod nie potwierdza jednoznacznie obecności DA (Guo i in., 2012), dalsze badania będą prawdopodobnie w stanie rozwiązać tę rozbieżność poprzez badanie innego parametru, ponieważ elektrofizjologia ma tę zaletę, że bada właściwości na poziomie pojedynczego neuronu (Joachimsthaler i in., 2014). Ogólnie rzecz biorąc, obecność regionu UF stanowiła główną przeszkodę przy porównywaniu mysiego AC z AC innych gryzoni, ponieważ region podobny do UF nie występuje nawet u szczura, gryzonia bardzo podobnego do myszy. Dzięki rezygnacji z UF mamy obecnie możliwość homologizacji lub analogii kor słuchowych różnych gryzoni, ułatwiając badania fizjologiczne oparte na korowej informacji przestrzennej (Baba i in., 2016).

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

Dobrze wiadomo, że tonotopia ma swoje źródło w ślimaku. Dźwięki docierają do uszu, a wibracje są przenoszone na błonę podstawną w ślimaku. Częstotliwości tonów są przekształcane w jednowymiarowy układ przestrzenny na błonie podstawnej i układane jako pojedyncza gradacja od niskich do wysokich częstotliwości (Békésy, 1960). Gradient tonotopowy jest przenoszony przez centralną wstępującą drogę słuchową, ICc i MGv, w drodze do A1 (Lee i Sherman, 2010; Lee i in., 2011), gdzie jądra są połączone topologicznie. Dlatego też dominuje koncepcja, że tylko jeden gradient tonotopowy istnieje w ICc (Portfors i in., 2011; Cheung i in., 2012) i MGv (Cetas i in., 2001; Hackett i in., 2011; Moerel i in., 2015) u różnych gatunków, chociaż może się on rozchodzić lub być powielany podczas wchodzenia do AC.

Jednakże ostatnie badania ujawniły nowe struktury we wzgórzu słuchowym, które mogą być zaangażowane w istotne przetwarzanie słuchowe: MGv myszy nie jest zorganizowany jako pojedyncza monotoniczna struktura, ale składa się z wielu przedziałów, z których każdy daje początek topologicznym projekcjom związanym z częstotliwością do odrębnych celów korowych (rysunek 2). Horie i wsp. (2013) oraz Takemoto i wsp. (2014) wstrzyknęli wstecznie znaczniki wzdłuż osi tonotopowych w regiony kory słuchowej zidentyfikowane za pomocą obrazowania optycznego i znaleźli przedziały rzutujące do AAF, A1 lub wyspowego pola słuchowego (IAF) w środkowej części MGv. Chociaż wcześniejsze badania z udziałem kotów sugerowały obecność równoległych projekcji w lemniskalnych drogach wzgórzowo-korowych (Huang i Winer, 2000; Lee i in., 2004; Lee i Winer, 2008), nie odnotowano wyraźnych licznych przedziałów o odrębnej tonotopii w MGv. W tym miejscu musimy zauważyć, że topografia w MGv myszy nie może być obecnie utożsamiana z tonotopią. Podczas gdy gradienty tonotopowe w AC były szczegółowo badane, te w MGv nie, i niewiele badań sprawdzało, czy identyczne pasma częstotliwości w MGv i AC są topologicznie połączone (chociaż jedno badanie u kotów to potwierdziło (Lee i in., 2004)). Wyniki te zostały ostatnio podważone u myszy, przy użyciu kombinacji śledzenia i elektrofizjologii, w celu potwierdzenia, że dwa tonotopowe gradienty w MGv i AC są połączone poprzez topologiczne projekcje (Hackett i in., 2011). Autorzy wyraźnie wykazali, że tonotopia w co najmniej jednym regionie korowym i w odpowiadającym mu przedziale MGv są połączone w sposób topologiczny. Ponadto, ich dane pokazały dystrybucję CF w sposób środkowo-średnio-wysoko-niski w środkowym MGv w osi lateromedialnej, co jest zgodne z układem sugerowanym przez eksperymenty tracingowe (Horie i in., 2013; Takemoto i in., 2014), chociaż badanie to było prowadzone przy założeniu, że tonotopia MGv będzie monotoniczna. Obecnie, gdy stwierdzono, że przedział rostralny rzutuje do DM (Tsukano i in., 2015), u myszy ujawniono co najmniej trzy równoległe połączenia topologiczne między MGv i AC oraz jedno połączenie topologiczne między MGv i IAF (ryc. 2). Dlatego przyszłe badania fizjologiczne są konieczne, aby potwierdzić, że cała organizacja topograficzna w MGv, która jest związana z korowymi gradientami częstotliwości, jest zgodna z „niskim do wysokiego” gradientem dystrybucji CF neuronów MGv.

FIGURE 2

Figura 2. Przebudowany wzgórzowo-korowy szlak słuchowy u myszy. (A) Schematyczny rysunek wzgórzowo-korowej drogi słuchowej. AC otrzymuje impulsy wzgórzowe z brzusznej części przyśrodkowego ciała modzelowatego (MGv). (B) Liczne przedziały ujawnione wewnątrz MGv. Neurony rzutujące do pola grzbietowo-przyśrodkowego (DM) są zlokalizowane w przedziale rostralnym (czerwony; Tsukano i in., 2015). Neurony projekujące do pierwszorzędowej kory słuchowej (A1) lokalizują się w przedziale bocznym środkowej MGv (zielony; Horie i in., 2013; Takemoto i in., 2014). Neurony projekujące do przedniego pola słuchowego (AAF) zlokalizowane są w przedziale przyśrodkowym środkowej części MGv (niebieski; Horie i in., 2013; Takemoto i in., 2014). Neurony projekujące do wyspowego pola słuchowego (IAF) zlokalizowane są w przedziale dolno-dolnym środkowego MGv (żółty; Takemoto i in., 2014). Każdy przedział daje początek topologicznym projekcjom do swojego korowego celu. Ponadto, ogonowa połowa MGv myszy jest obecnie niezbadana (Tsukano i in., 2015); dlatego jest bardzo możliwe, że neurony projekujące do wtórnego pola słuchowego (A2), pozostałego regionu tonotopowego w AC, są zlokalizowane w ogonowym przedziale MGv, jak sugerują Ohga i in. (2015). (C) Nowy model wzgórzowo-korowej drogi słuchowej, która składa się z kilku równoległych strumieni. Przyszłe badania są konieczne, aby ustalić, czy centralne jądro podkorowe (ICc) również składa się z wielu przedziałów o odrębnej organizacji częstotliwościowej, lub czy występuje dywergencja tonotopii z ICc do MGv. Ponadto, nie jest jasne, czy przedział ogonowy w MGv jest zorganizowany topograficznie. Comp, compartment.

Obecność takich makroskopowych, opartych na strukturze równoległych ścieżek w lemniscal pathway silnie wskazuje, że korowa wielokrotna tonotopia mogłaby być ustanowiona przez wielokrotne topologiczne thalamocortical inputs (Figura 2). Należy zauważyć, że korowo-korowe i wzgórzowo-korowe formowanie tonotopii w korze mózgowej nie wykluczają się wzajemnie. W dominującej koncepcji, że informacja słuchowa jest przekazywana przez hierarchiczny strumień wewnątrzkorowy zaczynający się od A1, uważa się, że wielokrotna organizacja tonotopowa odzwierciedla tonotopię A1: jest to niewątpliwie spowodowane tym, że pasma izofrekwencji w tonotopii korowej są ze sobą połączone (Schreiner i Winer, 2007; Lee i Winer, 2008). Z kolei kompartmenty MGv wysyłają topologiczne projekcje w kierunku warstw 3b/4 w podregionach kory słuchowej. Tam wejścia wzgórzowo-korowe i korowo-korowe mogą zbiegać się na drzewach dendrytów neuronów wzgórzowo-podkorowych (Richardson i in., 2009). Organizacja tonotopowa w warstwach 3b/4 jest dalej przekazywana do warstwy 2/3, w dużej mierze zachowując pierwotną formę (Guo i in., 2012), choć zwiększa się złożoność w skali mikro (Bandyopadhyay i in., 2010; Rothschild i in., 2010; Winkowski i Kanold, 2013). Ogólnie rzecz biorąc, słuchowe mapy korowe obserwowane za pomocą obrazowania optycznego powstają w wyniku integracji formacji wzgórzowo-korowej i korowo-korowej.

Co ważne, obecność lemniskopochodnych dróg równoległych sugeruje możliwość, że odrębne informacje słuchowe są przekazywane do regionów korowych innych niż A1 bezpośrednio z MGv. W dominującej koncepcji informacje słuchowe najpierw dostają się do regionów rdzeniowych, a następnie są przekazywane do pól słuchowych wyższego rzędu (Kaas i Hackett, 2000). Jednakże, nawet DA, która jest uważana za region wyższego rzędu, ponieważ nie posiada tonotopii, otrzymuje gęste projekcje bezpośrednio z MGv (Hofstetter i Ehret, 1992; Honma i in., 2013; Tsukano i in., 2013b, 2015), chociaż dokładna lokalizacja neuronów projekcyjnych nie została jeszcze ilościowo przeanalizowana. MGv musi posiadać funkcję bramkowania, aby decydować, jaka informacja dźwiękowa ma być wysyłana do poszczególnych celów korowych. Wiadomo, że wzgórze czuciowe ma bliskie relacje z jądrem siatkowatym wzgórza (TRN), które jest zajęte przez neurony GABAergiczne i jest zaangażowane w kontrolę bramkowania wstępujących wejść słuchowych (Cotillon-Williams i in., 2008; Kimura i in., 2009). Stało się bardziej prawdopodobne, że MGv działa nie tylko jako punkt przekaźnikowy, ale jako filtr selekcyjny informacji słuchowej (Blundon i Zakharenko, 2013).

Droga równoległa wzgórzowo-korowa oparta na strukturze makroskopowej może być wszechobecna w systemach sensorycznych gryzoni. Doniesiono, że układ słuchowy u szczurów posiada równoległe szlaki wzgórzowo-korowe. AC szczura obejmuje wiele regionów tonotopowych (Kalatsky i in., 2005; Polley i in., 2007), podobnie jak u myszy, a wzgórzowe pochodzenie tych regionów tonotopowych: A1 i brzusznej części AC, są rostrokaudalnie różne u MGv (Storace i in., 2011, 2012; Shiramatsu i in., 2016). Tak więc relacje przestrzenne pomiędzy wzgórzowymi początkami i celami korowymi są podobne pomiędzy myszami i szczurami. Co więcej, starsze eksperymenty tracingowe wskazywały na istnienie równoległych słuchowych dróg wzgórzowo-korowych u innego gatunku gryzoni, świnki morskiej (Redies i in., 1989). W mysim VC szczegółowe regiony wyższego rzędu zostały ujawnione za pomocą obrazowania optycznego (Tohmi i in., 2009, 2014; Andermann i in., 2011; Marshel i in., 2011), a ich pochodzenie ze wzgórza wzrokowego było różne, co sugeruje obecność równoległych strumieni w systemie wzrokowym wyższego rzędu (Tohmi i in., 2014). Przyszłe badania fizjologiczne powinny rozważyć, które aspekty informacji sensorycznej są doprowadzane do podregionów korowych przez wzgórze, oraz zbadać, w jaki sposób równoległe aferenty wzgórzowe współpracują z hierarchicznym przetwarzaniem korowo-korowym.

Źródłem lemniskularnych projekcji tektotalamicznych do MGv jest ICc. Jak wspomniano powyżej, ICc jest uważana za monotonną, pojedynczą strukturę (ryc. 2). ICc może jednak składać się z wielu przedziałów o różnej tonotopii, z których każdy wysyła projekcje do przedziału w MGv. W przeciwnym razie tonotopia w ICc może być pojedyncza, ale rozbieżna przy przekazywaniu do MGv, tak że pojedynczy neuron daje początek gałęziom projekcyjnym w kierunku kilku przedziałów w MGv. Ważne jest, aby wiedzieć, w którym jądrze lemniskalnym występuje rozbieżność tonotopowa w kontekście bramkowania lub selekcji cech dźwięku przez ścieżkę. Musimy przynajmniej przyznać, że słyszenie jest realizowane przez bardziej złożone ścieżki niż wcześniej sądzono.

Wnioski

Szczegółowa mapa AC i nowy schemat równoległych projekcji wzgórzowo-korowych z MGv i AC zostały stopniowo ujawnione u myszy, prowadząc do koncepcji, że korowa tonotopia wielokrotna reprezentuje „wiele rdzeni” u gryzoni (Storace i in., 2012). Konieczna będzie nowa teoria lub model, aby połączyć wiele równoległych peryferyjnych wejść do wielu regionów korowych z istniejącym u ssaków hierarchicznym przetwarzaniem korowo-korowym (Felleman i Van Essen, 1991; Kaas i Hackett, 2000). Ponieważ funkcjonalne znaczenie obecności tonotopii jest obecnie kontrowersyjne (Hackett i in., 2011; Aschauer i Rumpel, 2014), konieczne są dalsze badania w celu ustalenia, dlaczego zarówno wzgórze słuchowe, jak i kora słuchowa wymagają wielu kompartmentów i regionów o odrębnej tonotopii. W oparciu o teorię specjalizacji funkcjonalnej, każdy podregion kory słuchowej i przedział może mieć odrębną rolę w przetwarzaniu różnych czynników dźwiękowych. Pytania te są niezbędne dla przyszłych badań centralnego układu słuchowego w celu ujawnienia działających mechanizmów.

Wkład Autorów

HTsukano, MH, SO, KT i YK przeprowadzili eksperymenty i uzyskali podstawową wiedzę do napisania tego przeglądu. RH i HTakebayashi dostarczyły krytycznych pomysłów i komentarzy do tej pracy. HTsukano uzyskał fundusze na tę pracę. HTsukano napisał manuskrypt, a HTsukano i KS dokonali jego korekty. Wszyscy autorzy zatwierdzili publikację tego manuskryptu.

Funding

This work was supported by Japan Society for the Promotion of Science (JSPS) KAKENHI Grant No. 26830008 (to HTsukano), a grant for the Promotion of Medical Science and Medical Care No. 15KI149 from the Ichiro Kanehara Foundation (to HTsukano), and a grant for Basic Science Research Projects No. 140254 od Sumitomo Foundation (do HTsukano).

Oświadczenie o konflikcie interesów

Autorzy oświadczają, że badania zostały przeprowadzone przy braku jakichkolwiek komercyjnych lub finansowych powiązań, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

Podziękowania

Dziękujemy S. Maruyama za pomoc techniczną w eksperymentach histologicznych oraz A. Matsushima i M. Isogai za hodowlę i utrzymanie zwierząt.

Skróty

AAF, przednie pole słuchowe; AC, kora słuchowa; A1, pierwszorzędowe pole słuchowe; A2, drugorzędowe pole słuchowe; CF, częstotliwość charakterystyczna; DA, pole przednie grzbietowe; DM, pole grzbietowo-przyśrodkowe; DP, pole grzbietowo-przyśrodkowe; FFI, obrazowanie fluorescencji flawoproteinowej; IAF, pole słuchowe wyspowe; IC, wzgórze kolczyste dolne; ICc, jądro środkowe wzgórza kolczystego dolnego; MGB, ciałko genitalne przyśrodkowe; MGv, brzuszny podział ciałka genitalnego przyśrodkowego; TRN, jądro siatkowate wzgórza; UF, pole ultradźwiękowe.

Przypisy

^ Obecnie najlepsza częstotliwość (BF) w układzie słuchowym jest zwykle definiowana jako częstotliwość, na którą neuron jest najbardziej wrażliwy pod warunkiem, że intensywność tonalna jest stała. Chociaż termin BF został użyty w ich artykule, może być uważany za częstotliwość charakterystyczną (CF) właśnie.

Andermann, M. L., Kerlin, A. M., Roumis, D. K., Glickfeld, L. L., and Reid, R. C. (2011). Functional specialization of mouse higher visual cortical areas. Neuron 72, 1025-1039. doi: 10.1016/j.neuron.2011.11.013