圖片來源: 本·胡斯曼 (CC by 2.0)
我們現代的世界很響亮。 只是坐在車裡,飛機上,或看電影預告片,我們都會被聲音轟炸。 即使這些噪音不會損害我們耳朵的敏感麥克風,我們的聽覺系統也會不斷激活。 這有什麼後果?
噪音是一個問題的一個原因是它與耳鳴有關。 耳鳴或耳鳴,非常常見,影響周圍 人口的百分之10。 對於某些人來說,它可能嚴重到足以乾擾日常生活。
振鈴的感覺似乎起源於大腦, 不在耳邊 。 但錯誤的活動從哪裡開始,有沒有辦法阻止它? 如果我們能確定起源,它可能有助於我們找到預防或治愈耳鳴的方法。
了解聽覺系統如何處理嘈雜的噪音會產生重大影響,因為我們經常接觸到大聲的聲音,有時會長時間接觸。
我是一名研究人員,研究耳朵活動進入大腦的第一個地方。 我和我的學生對這些問題產生了興趣,因為我們一直想知道聽覺系統如何應對嘈雜的環境。
跑下來的突觸
我們預計,巨大的噪音會耗盡聽覺過程的重要組成部分。 該基本成分位於被稱為神經細胞之間的連接處 突觸。 在聽覺上,突觸是關鍵的看門人,用於傳輸有關從耳朵到大腦的聲音信息。 當一個細胞中的電脈衝觸發釋放少量化學物質(稱為神經遞質)時,突觸起作用,這些化學物質會在突觸中的下一個細胞中引起電子變化。
那些神經遞質包需要一些時間來補充。 這意味著如果攜帶來自耳朵的信息的腦細胞高度活躍,神經遞質可能會被用盡,因此在大腦中激活它們的目標是不夠的,並且信號會丟失。
當信號出現的速度快於突觸可以補充時,這是一個特殊問題。 對於聽覺系統中的細胞,這可能是一個真正的問題,因為它們在最快的活動速率中經歷,特別是當它們受到強烈的聲音時。
那麼,如果我們的突觸可能會耗盡神經遞質,我們如何在嘈雜的環境中繼續聽?
適應大聲
為了探索這一點,我們將老鼠置於嘈雜的環境中大約一周。 噪音和吹風機一樣響亮,足以驅動聽覺系統而不會明顯損壞耳朵。
在本週末,我們研究了聽覺神經形成的突觸的變化,這些神經將信號從耳朵傳遞到大腦。 突觸發生了變化 從神經遞質迅速耗盡的正常情況到幾乎不耗盡。
突觸也變大了,增加了神經遞質的儲備。 當活動水平高時,這兩種變化都可以保護突觸免於神經遞質耗盡。 實際上,我們發現在噪聲暴露後,神經衝動增加了它們通過突觸傳播的成功,而通常它們通常不會這樣做。
這種適應活動的想法很熟悉,就像肌肉鍛煉後肌肉增大一樣。 但不知道大腦中的突觸也能感知到它們的活動。 這引發了很多關於它是如何工作的問題。
這些變化似乎有益,而動物仍然大聲喧嘩,但在恢復正常安靜的條件後會發生什麼? 當小鼠恢復到安靜的狀態時,我們發現突觸恢復正常,但這似乎需要幾個小時或幾天。
因此,在恢復到安靜的環境後,突觸將會過度準備,並且不會像正常情況那樣耗盡神經遞質。 這可能導致大腦中聽覺神經目標的過度活躍,即使在沒有聲音的情況下也可以將其視為聲音,這是耳鳴。
我自己的經驗是,在長途飛機或汽車旅行後,我的耳鳴會變得更糟。 一種可能性是我的突觸正在適應嘈雜的聲音條件,這會在旅行結束後引起多動。 為了了解有限的噪音暴露如何導致耳鳴,我們剛剛開始與Micheal Dent和她的實驗室合作,因為他們是老鼠聽力能力的專家。 這些小鼠研究可以幫助我們了解這是否是人類耳鳴的一個未被認識的風險因素。
適應安靜
這項研究也讓我們感到驚訝:如果巨大的噪音導致突觸變化,那麼聲音的減少呢? 小孩子一般都會經歷 聲音減少因為大約有一半的人經歷過耳朵感染,通常是在頭兩年。 耳部感染會導致耳膜後面積聚液體,這會降低聲音從耳朵外部到達內部的商業端的能力。
對於一些孩子來說,在他們遇到麻煩的情況下,可能存在聲音匱乏的長期後果 處理語言.
我們已經開始研究當他們的耳朵是如何影響小鼠的聽神經突觸 插。 有趣的是,我們看到了與噪音相反的情況。 在一周的堵塞後,突觸變得更小,神經遞質的儲存量減少,導致比正常更快的耗盡。
我們認為這些變化有助於提高效率。 當活動量低時,大量未使用的神經遞質會浪費,因此突觸可能會縮小。 此外,低活動意味著突觸將有更多時間在信號發作之間補充最小的神經遞質儲存。
在噪聲暴露結束或拔掉耳朵後,突觸恢復正常。 這似乎是個好消息,但我們無法確定是否有一些小的殘留效應可能會在更多實驗中變得更加清晰。 此外,多輪噪聲暴露或堵塞可能導致殘餘效應積累。
這促使我思考自己的家庭。 我女兒小時候容易發生耳部感染。 似乎每隔幾個月我們就會去看一位兒科醫生,他會等到鼓膜後面有明顯的液體積聚,然後開出抗生素來治療感染。 這是可以理解的,因為擔心過度使用抗生素導致抵抗。
但是當這些事件發生時,我們從未真正測試過我女兒的聽力,以了解聽力損失的程度或持續時間。 現在我知道她的聽神經突觸可能正在發生變化。 這些變化是否永久變成了? 我不認為她處理語言有問題,但我想知道聽覺處理的其他方面。
這項工作使我們對聽覺神經突觸有了新的認識。 他們被認為是可靠地傳遞信息的機器。 現在我們知道工作畢竟不是那麼簡單。 突觸不斷評估他們的活動並調整自己以優化和節省他們的表現。 我們認為這些變化或其他突觸的變化可能會導致耳鳴和語言處理的長期後果。
關於作者
Matthew Xu-Friedman,生物學副教授, 紐約州立大學布法羅分校
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