大鼠听觉中脑神经元中双声空间分离对首峰潜伏期的差异化调控机制研究

本研究针对复杂声学环境中声音空间定位的神经编码机制，通过设计概率差异化的双声刺激范式（Oddball/Eql），系统探究了大鼠下丘（IC）神经元首峰潜伏期（FSL）对声源空间分离的响应特性。研究发现FSL的均值与时间变异度受声源出现概率（Odd/Std）和双耳空间关系的协同调控，揭示了IC利用时间编码整合声源概率与空间信息的神经机制，为理解竞争性声音环境下的双耳听觉（binaural hearing）提供重要实验依据。

　　

在喧嚣的咖啡馆里精准捕捉朋友的谈话，或在车流声中辨别救护车的方位，这种被称为"鸡尾酒会效应"的听觉能力，其神经机制一直是听觉科学的研究热点。现有研究表明，大脑不仅通过神经元放电频率（firing rate）来编码声音信息，动作电位（AP）的精确时间同样承载着关键信息。其中首峰潜伏期（FSL）——即声音触发神经元第一个动作电位的时间间隔，被认为是编码声源特征的重要时间参数。然而在真实环境中，多个声源往往在时间和空间上交错出现，这些竞争性声音如何影响FSL的编码特性，特别是空间分离是否会改变神经元对声源概率的敏感性，这些问题尚未得到系统解答。

加拿大温莎大学（University of Windsor）生物医学系的Mathiang G. Chot和Huiming Zhang团队在《Scientific Reports》发表的研究，通过精心设计的自由声场实验，揭示了大鼠下丘（inferior colliculus, IC）神经元FSL对声源空间关系的动态编码规律。研究人员采用32只成年雄性Wistar白化大鼠，在严格控制的麻醉状态下，使用玻璃微电极记录IC神经元对双声刺激的响应。关键技术包括：1）自由声场双扬声器系统实现精确空间定位（c90°、i90°等5个方位角）；2）Oddball范式（Odd 10%/Std 90%）与等概率双声序列（Eql 50%/50%）组合刺激；3）单神经元胞外记录结合FSL时域分析；4）基于放电模式（瞬态/持续型）的亚群分析。

FSLs of responses elicited by two sounds colocalized at c90°
当两个声源（频率分别为f_L和f_H）共定位于对侧90度（c90°）时，低概率声音（Odd）引发的FSL均值（12.8±0.6 ms）显著短于高概率声音（Std，15.3±1.2 ms），且时间抖动（SD FSL）更小。这种概率依赖性在瞬态放电神经元中尤为显著，暗示时间编码可能优先用于处理新颖声源。

Effects of spatial separation between sounds on FSLs: Response to a location-changeable sound
将可变位声源从c90°移至同侧90度（i90°）时，所有刺激类型（Odd/Eql/Std）的FSL均显著延长（Odd延长达5.2 ms），且FSL变异度增加。值得注意的是，Odd的方位敏感性最强，在 midline（0°）即出现显著变化，表明空间编码效率与声源概率存在交互作用。

Effects of spatial separation between sounds on FSLs: Responses to a location-fixed sound
固定于c90°的Odd声源引发的FSL会因干扰声（Std）的空间分离而缩短，当Std移至i90°时平均减少2.1 ms。这种"空间释放效应"在瞬态神经元中更明显，提示时间编码可能参与空间解掩蔽（spatial unmasking）的早期处理。

Effect of omitting a location-changeable sound
即使可变位声源在i90°不引发有效放电（未达到阈值），仍能影响固定位声源的FSL特性，说明抑制性网络可能通过亚阈值活动调节时间编码。

这项研究通过多角度实验证实，IC神经元通过FSL的动态变化整合声源空间位置与出现概率信息。特别是发现：1）空间分离会放大概率对FSL的调控效应；2）抑制性输入可能通过延长FSL增强信号检测；3）瞬态放电神经元在时空信息整合中起关键作用。这些发现不仅深化了对听觉中脑时间编码机制的理解，还为开发基于时空特征的人工听觉算法提供了生物启发。未来研究可进一步探索NMDA受体（被麻醉剂ketamine抑制）在调节FSL精确性中的作用，以及不同IC亚区（如中央核与外核）的编码差异。该成果对理解听觉障碍患者的空间听觉缺陷具有潜在临床意义。