聽覺皮層大解密

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人類透過雙耳接受聲音訊號，並且透過神經網路分析訊號並且做出動作，如聽到水滾了就要關掉瓦斯。為了了解聽覺如何處理聲音訊號，論文[1]透過R–C pair的概念，模擬出實驗觀察到的神經現象。

R-C pair

R–C pair (圖1a)。R 表示regular formation，能持續的接收初級的訊號並且累積。C表示change detection，能偵測R累積的訊號變化，並轉換為較高階的神經訊號。R與C裡面有各有一群興奮性和抑制性神經並且互相連接，如(圖1b)

圖1. R-C pair

開關反應

開關反應(On/Off response)，開反應(On Response)表示到刺激時C群興奮性神經的激發頻率會產生peak，表示偵測到聲音。關反應則是刺激結束時產生，表示聲音結束。模擬時給R群電流刺激，調整神經間的連接強度，最後觀察C群興奮性神經的激發頻率(圖2a)，可以得到8種不同的結果(圖2c)。Dec和Inc分別表示刺激時的激發頻率是上升或下降。

圖2. On/Off responses

不同頻率的感受

實驗觀察到開關反應對不同頻率具又選擇性(圖3 abc)。再模擬中增加對C群神經的電流刺激(圖3 d)。ratio1表示對音調的敏感強度，ratio2則表示那些音調更直接影響神經。透過調整ratio1和ratio2，模擬出與實驗相近的頻譜圖(圖3 efg)。

圖3.

結論

論文[1]，利用R-C pair的概念，透過調整神經間的接強度模擬出聽覺皮層對不同頻率刺激的變化，讓我們能透過模擬結果更了解實驗的觀察數據，清楚知道聽覺皮層裡神經作用的機制。

撰文：謝明儒

參考資料

[1] Chien, V. S., Maess, B., & Knösche, T. R. (2019). A generic deviance detection principle for ortical On/Off responses, omission response, and mismatch negativity. Biological Cybernetics, 113(5), 475-494.