AC/DC для улитки: как мозг узнает о неисправности уха?
Взаимодействие с окружающей средой и всем осуществляется за счет восприятия и обработки тех или иных сигналов. Говоря о человеке, этим процессом занимаются органы чувств и мозг. Определить, какое из чувств важнее с эволюционной точки зрения, крайне сложно. Учитывая, что разные типы сигналов, будь то визуальная или аудиторная, позволяют нашему мозгу воссоздать часть картины окружающей среды. Другими словами, все органы чувств важны в равной степени, если мы хотим получать полную картину мира. Несмотря на важность этих органов, далеко не все их секреты раскрыты. В частности то, как именно ухо коммуницирует с мозгом в тех или иных условиях, остается загадкой по сей день. Ученый из Линчёпингского университета (Швеция) по имени Пьер Хакизимана провел исследование, в котором попытался установить роль суммарного потенциала (SP от summating potential), который возникает, когда волосковые клетки преобразуют колебательную механическую энергию звука в электрические сигналы. Теоретически именно SP сообщает мозгу, что ухо работает не так, как должно. Что такое суммарный потенциал, как именно он возникает, и какие же функции выполняет? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе.
Основа исследования
Волосковые клетки улитки уха обладают необычайной способностью преобразовывать широкий диапазон звуковых частот и интенсивностей в рецепторные потенциалы, которые в конечном итоге обрабатываются в мозгу для создания слухового ощущения. Воздействие громких звуков нарушает активацию рецепторов волосковых клеток, тем самым ухудшая слух. Считается, что ввиду частого использования наушников и прослушивания громкой музыки среди молодежи может привести к ухудшению их слуха в более зрелом возрасте. Однако механизмы, лежащие в основе дисфункции рецепторов, вызванных шумом, остаются малоизученными. Следовательно, чтобы точно сказать, имеет ли прослушивание громкой музыки негативный эффект или нет, необходимо понять механизм формирования потери слуха, вызванной шумом.
Рецепторные потенциалы возникают, когда вибрационная механическая энергия звука заставляет ионы К+ и Са2+ проникать в каналы механоэлектрической трансдукции (МЭТ или MET от mechanoelectrical transduction), что приводит к синусоидальным колебаниям напряжения вокруг мембранного потенциала волосковых клеток. Тонотопическая организация ионных каналов, в том числе каналов МЕТ, способствует свойствам электрического ответа и настройке частоты волосковых клеток.
В то время как МЕТ-каналы во внутренних волосковых клетках (IHC от inner hair cell) имеют относительно однородную МЕТ- и К±проводимость по всей улитке, каналы в наружных волосковых клетках (OHC от outer hair cell) имеют проводимость, которая зависит от частоты, демонстрирующую пятикратное увеличение от вершины к основанию улитки. К±проводимости в IHC включают проводники с медленной (GKs) и быстрой (GKf) кинетикой активации, а также небольшое количество замедленного выпрямляющего тока K+ (GKn), которые также тонотопически организованы и способствуют настройке частоты. OHC в основном экспрессируют потенциал-зависимый K±канал, состоящий из субъединиц KCNQ4 (GKn), активируемых при необычно отрицательных мембранных потенциалах, и Ca2±активируемые K±каналы большой проводимости (BK-каналы), которые регулируют электроподвижность OHC и усиление звукового сигнала.
Рецепторные потенциалы, генерируемые МЕТ-каналами, состоят из компонентов переменного (AC) и постоянного тока (DC). Компонент переменного тока кодирует частоту и амплитуду звукового стимула, в то время как точная полярность и роль ответа постоянного тока (т. е. SP) остаются малопонятными, несмотря на обширные исследования, проведенные за последние семь десятилетий с момента его открытия.
SP может быть зарегистрирован внутриклеточно или внеклеточно, причем полярность варьируется в исследованиях на людях и животных моделях. Недавние исследования показали, что, когда направленный наружу K+ ток проходит через базолатеральную мембрану изолированных IHC, то GKf и GKs генерируют положительные формы волны постоянного тока, напоминающие SP. Из этого следует, что движение K+ ионов наружу через базолатеральные K+ — каналы создает SP сигнал. Это умозаключение согласуется с идеей о том, что небольшая вероятность открытия МЕТ-каналов в IHC в состоянии покоя должна гораздо больше выпрямлять отклонение напряжения на положительной половине синусоидального отклика, чем на его отрицательной половине. Напротив, OHC с вероятностью открытия в состоянии покоя 50% не должны иметь такого положительного выпрямления напряжения, в результате чего ответ остается синусоидальным с увеличением интенсивности стимула. Следовательно, SP-компонент внеклеточной записи должен исходить преимущественно от IHC, а AC-компонент — преимущественно от OHC. Иными словами, SP должен преимущественно управляться рабочей точкой IHC. Следовательно, в нормальных условиях SP в нормально функционирующих ушах должен иметь положительную полярность, а отрицательная полярность указывала бы на патологическое состояние.
В рассматриваемом нами сегодня труде автор попытался на практике проверить вышеописанные теории, чтобы ответить на вопрос — может ли отрицательный SP характеризовать вызванную шумом потерю слуха.
Результаты исследования
Изображение №1
В качестве рабочего образца использовалась височная кость морской свинки. На снимке выше показано расположение записывающего электрода относительно Кортиева органа (OoC от organ of Corti) в апикальной области улитки морской свинки (лучшая частота ~ 180 Гц). Обозначения: RM — мембрана Рейсснера, RL — ретикулярная пластинка, TM — текториальная мембрана, SV — сосудистые полоски.
Для исследования механизмов, лежащих в основе образования SP в волосковых клетках, в описанном выше препарате височной кости регистрировали вызванные звуком электрические потенциалы на 20 различных частотах, равномерно распределенных между 60 и 820 Гц, и при 8 различных звуковых интенсивностях в диапазоне от 41 до 77 дБ SPL (от sound pressure level, т. е. уровень звукового давления). Это дало набор данных из 160 звуковых электрических записей, каждая из которых соответствовала уникальной комбинации звуковой частоты и интенсивности. Эти записанные ответы были тщательно проанализированы в MATLAB, чтобы охарактеризовать формы волн переменного тока и SP по частотам и интенсивностям звука в различных условиях.
Изображение №2
На 2a показаны 12 из 160 записей одного и того же препарата в контрольных условиях. Чтобы охарактеризовать поведение отклика переменного тока в зависимости от частот и интенсивности звука, 160 записей были подвергнуты анализу Фурье в MATLAB, а амплитуды от пика к пику были извлечены и количественно оценены. Кривые перестройки частоты представлены на 2b. Амплитуда от пика до пика была настроена по частоте для каждой тестируемой интенсивности звука (2b). Пиковые амплитуды составляли 1772 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 1537 мкВ при 71 дБ; 1368 мкВ при 66 дБ; 1071 мкВ при 61 дБ; 733 мкВ при 56 дБ; 455 мкВ при 51 дБ; 268 мкВ при 46 дБ и 154 мкВ при 41 дБ. Нелинейная зависимость была очевидна, когда эти амплитуды были нанесены на график зависимости от интенсивности звука (2c).
Эти характеристики были одинаковыми во всех 20 образцах. Средние амплитуды от пика до пика были настроены по частоте для всех протестированных интенсивностей звука (2d), а пиковые амплитуды на этих кривых настройки нелинейно зависели от интенсивности звука.
Усредненные значения пиковой амплитуды составили 1752 ± 107 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 1609 ± 90 мкВ при 71 дБ; 1368 ± 78 мкВ при 66 дБ; 1056 ± 72 мкВ при 61 дБ; 727 ± 59 мкВ при 56 дБ; 453 ± 42 мкВ при 51 дБ; 268 ± 25 мкВ при 46 дБ и 153 ± 14 мкВ при 41 дБ. Как показано на 2e, эти амплитуды демонстрировали нелинейную зависимость от интенсивности звука с наклоном 49 ± 3 мкВ/дБ.
Чтобы исследовать поведение SP в зависимости от частоты и интенсивности, формы сигналов SP были систематически проанализированы в 160 звуковых электрических записях. Как показано на 2a, для 12 из 160 записей с одинаковой подготовкой (синие кривые), формы сигналов SP, как правило, были чувствительны к частоте и интенсивности. Из этих записей также видно, что каждая форма волны SP характеризуется пятью отдельными шагами. Первый шаг (шаг 1) соответствует базовой линии продолжительностью 14 мс, за ним следует быстро нарастающий шаг, который длится 8 мс (шаг 2). Затем следует гораздо более длинный, устойчивый, но медленно нарастающий шаг, который длится 85 мс (шаг 3), за которым следует быстро снижающийся этап, продолжающийся 8 мс (шаг 4), после чего форма волны SP заканчивается с другой базовой линией, продолжающейся 25 мс (шаг 5). Чтобы вычислить амплитуду SP из необработанных данных в каждой записи, среднее значение для базовой области записи вычиталось из среднего значения для области записи, соответствующей шагу 3. Эти амплитуды SP затем были построены как функция частоты для различной интенсивности звука.
Как видно из кривых настройки на 2a, амплитуда SP настраивалась по частоте при различных протестированных интенсивностях звука с пиковыми амплитудами 658 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 564 мкВ при 71 дБ; 465 мкВ при 66 дБ; 345 мкВ при 61 дБ; 164 мкВ при 56 дБ; 75 мкВ при 51 дБ; 35 мкВ при 46 дБ и 26 мкВ при 41 дБ (2f). График этих пиковых амплитуд в зависимости от интенсивности звука выявил нелинейную зависимость (2g). Данные признаки обнаруживались во всех 20 образцах.
Как показано на 2h, средние значения амплитуды SP были настроены по частоте. Максимальные значения средней амплитуды составили 620 ± 74 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 548 ± 61 мкВ при 71 дБ; 446 ± 52 мкВ при 66 дБ; 311 ± 36 мкВ при 61 дБ; 177 ± 22 мкВ при 56 дБ; 78 ± 14 мкВ при 51 дБ; 32 ± 6 мкВ при 46 дБ и 14 ± 3 мкВ при 41 дБ. Нанесение этих значений на график в зависимости от интенсивности звука подтвердило нелинейную зависимость с наклоном 19 ± 2 мкВ/дБ.
Средние кривые настройки показали, что амплитуды SP сильно перестроены по частоте, особенно при уровнях звукового давления 77 и 71 дБ (2h). Между 66 и 51 дБ пики постепенно расширялись, а при 46–41 дБ становились почти плоскими. Такая зависимость настройки амплитуды SP от интенсивности звука не видна на кривых, настройки переменного тока (2d). Это подтверждает, что оба потенциала управляются разными механизмами.
Кривые настройки SP также показали, что амплитуды SP были положительными по частотам и интенсивностям звука. Такая стабильность положительной полярности SP по частотам и уровню звукового давления контрастирует с нестабильностью полярности SP, о которой сообщалось в предыдущих исследованиях.
Примечательно, что описанные выше данные согласуются с более ранним предсказанием о том, что физиологическая полярность SP является положительной из-за того, что ионы К+, поступающие в клетку через МЕТ-каналы, выбрасываются из клетки вниз по градиенту через К±каналы базолатеральной мембраны. Поскольку задействованные популяции K+ — каналов могут быть непосредственно выведены из формы волны SP, очевидно, что низкочастотный SP создается GKf, так как формы волны не содержат медленно адаптирующегося компонента, который присутствует в высоких частотах. Кроме того, формы SP-волн из данного исследования были аналогичны формам волн постоянного тока, полученным при введении деполяризующего тока силой 131 пА через базолатеральную мембрану волосковых клеток после блокирования медленных K±каналов (GK). Однако на 2a виден по крайней мере один сигнал, содержащий быструю и медленную составляющие, при уровне звукового давления 77 дБ и частоте 540 Гц. Хотя это довольно редкое явление, это указывает на то, что и GKf, и GKs вносят вклад в SP в низкочастотной области улитки, но вклад GKs в SP может стать более важным на более высоких частотах.
Чтобы дополнительно охарактеризовать поведение SP, отношения амплитуд SP к AC были рассчитаны по частотам и интенсивности звука. Поскольку амплитуды отклика переменного тока были точно настроены (2b и 2d), значения за пределами пиковых областей быстро падали к базовой линии, и поэтому для этого анализа использовался диапазон частот 140–620 Гц. Аналогичным образом, интенсивность звука 41 и 46 дБ давала амплитуды отклика, близкие к базовой линии (2g и 2h), поэтому значения амплитуды, соответствующие этим двум интенсивностям звука, не были включены в анализ отношений.
В образце, показанном на 2a, отношение амплитуд SP к AC увеличивалось с частотой, и эта тенденция сохранялась при тестировании интенсивностей звука (2j). Данная тенденция сохранялась во всех 20 образцах. При уровне звукового давления 77 дБ отношение увеличилось с 0.35 ± 0.02 до 2.43 ± 0.48 при изменении частоты звука от 140 до 620 Гц (2j и 2k); при 71 дБ отношение увеличилось с 0.33 ± 0.02 до 2.42 ± 0.39; при 66 дБ отношение увеличилось с 0.28 ± 0.02 до 1.57 ± 0.21; при 61 дБ отношение увеличилось с 0.2 ± 0.02 до 1.22 ± 0.14; при 56 дБ отношение увеличилось с 0.14 ± 0.02 до 1.03 ± 0.12; при 51 дБ отношение увеличилось с 0.08 ± 0.02 до 0.76 ± 0.14.
Чтобы дополнительно охарактеризовать взаимосвязь между SP и частотой, средние функции отношения амплитуды SP к AC-частоте (2k) были подвергнуты анализу приближения с помощью кривых. Удивительно, но функции соотношения частот продемонстрировали двухчленный экспоненциальный рост для всех протестированных интенсивностей звука (красные кривые на 2l). Для низких частот такая зависимость установлена впервые. Тот факт, что функции соотношения частот демонстрировали экспоненциальный рост, свидетельствует о постепенной тонотопичности GKf и GKs для тестируемого диапазона в 140–620 Гц.
Изображение №3
Чтобы охарактеризовать полярность SP и частотную зависимость в условиях потери слуха, орган слуха в образце височной кости подвергался акустической гиперстимуляции, состоящей из чистого тона в 140 Гц, подаваемого с уровнем звукового давления 98 дБ, чтобы вызвать очень небольшой временный сдвиг порога. После этого регистрировались электрические потенциалы в ответ на 160 вышеперечисленных комбинаций звуковых стимулов.
На 3a показаны 12 из 160 вызванных звуком электрических ответов, зарегистрированных в том же образце после воздействия акустической травмы. Амплитуды переменного тока вычислялись, как описано выше, затем строились графики в зависимости от частоты при различной интенсивности звука. Кривые настройки для этого образца показывают, что амплитуда переменного тока оставалась настроенной по частоте, несмотря на уменьшение амплитуды (3b по сравнению с 2b). Кроме того, максимальные амплитуды сохраняли нелинейную зависимость от интенсивности звука (3c). Тенденция сохранялась во всех 10 образцах.
Амплитуды переменного тока от пика до пика были настроены по частоте со значениями 758 ± 156 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 675 ± 148 мкВ 71 дБ; 607 ± 125 мкВ при 66 дБ; 500 ± 108 мкВ при 61 дБ; 375 ± 86 мкВ при 56 дБ; 254 ± 62 мкВ при 51 дБ; 158 ± 41 мкВ при 46 дБ и 92 ± 24 мкВ при 41 дБ (3d). В зависимости от интенсивности звука эти AC амплитуды сохраняли нелинейную зависимость от интенсивности звука с наклоном 20 ± 4 мкВ/дБ (3e).
Чтобы дополнительно охарактеризовать описанную выше потерю слуха, вызванную шумом, амплитуды пиков переменного тока, полученные в контрольных образцах и образцах после воздействия акустической гиперстимуляции, были статистически сопоставлены (сравнение 2e и 3e). Сравнение показало, что зависимость состояния здоровья уха от амплитуды переменного тока была значимой (p < 0.0001, линейное смешанное моделирование, т.е. LMM). Потеря слуха в зависимости от интенсивности звука также была статистически значимой (p < 0.0001, LMM). Более того, совокупное влияние интенсивности звука и состояния слуха на амплитуду переменного тока было также значимым (р < 0.0001, НММ).
Чтобы исследовать влияние потери слуха на SP, были проанализированы формы сигналов SP в 160 электрических записях (3a). Они продемонстрировали зеркальное отображение своих контрольных аналогов. Это указывает на то, что потеря слуха, вызванная шумом, вызвала изменение полярности сигналов SP на отрицательные значения. Кроме того, амплитуды SP имели отрицательную полярность по частотам и интенсивности звука (3f).
Кривые настройки показали, что амплитуда SP была перестроена по частоте в зависимости от интенсивности звука со значениями амплитуды надира — 804 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; — 498 мкВ при 71 дБ; — 307 мкВ при 66 дБ; — 186 мкВ при 61 дБ; — 86 мкВ при 56 дБ и — 33 мкВ при 51 дБ. При уровне звукового давления 46 и 41 дБ при надирных значениях амплитуды –21 и –27 мкВ соответственно амплитуды теряли частотную настройку по мере приближения их значений к базовой линии (2f).
На графике зависимости от интенсивности звука амплитуды SP от нарушений слуха, вызванных шумом, показали склонность становиться более отрицательными с увеличением интенсивности звука (3g). Описанные выше признаки наблюдались во всех 10 образцах (3h).
Амплитуды SP в зависимости от частоты подтвердили, что SP становились более отрицательными с увеличением частоты с наклоном -12 ± 2 мкВ/дБ (3i), подтверждая, что отрицательная полярность SP является признаком нарушения слуха, вызванного шумом.
Сравнение пиковых амплитуд SP в контрольных образцах и амплитуд надира в образцах с потерей слуха (1i и 2i) показало, что амплитуда SP зависит от состояния здоровья уха (p < 0.0001, НММ) и что его зависимость от интенсивности звука была значительной (p < 0.0001, LMM). Также было установлено, что комбинированное влияние интенсивности звука и состояния уха на амплитуду SP было статистически значимым (р < 0.0001, НММ).
Чтобы получить более глубокое представление о поведении SP в «поврежденных» ушах (нарушения, вызванные шумом), отношения амплитуд SP к AC были нанесены на график в зависимости от частот с использованием той же полосы частот и интенсивности, что и для их контрольных аналогов. В примере образца, показанном на 3j, отношения стали более отрицательными с частотами для всех тестируемых звуковых интенсивностей, и эта тенденция была подтверждена для 10 образцов (3k).
Аппроксимация кривой показала, что функции отношения частоты амплитуды SP к AC характеризовались двухчленной убывающей экспоненциальной функцией в зависимости от интенсивности звука (3l). Это подтверждает, что отрицательный SP является признаком вызванной шумом потери слуха и что тестируемый диапазон 140–620 Гц характеризуется тонотопической базолатеральной проводимостью K+.
Изображение №4
Автор исследования отмечает, что приведенные выше функции отношения амплитуд SP к AC подтверждают, что изученная область улитки имеет частотно-чувствительную базолатеральную K+ проводимость. Тонотопическая изменчивость вдоль улитковой спирали была недавно подтверждена для каналов MET, которые демонстрировали большой градиент проводимости от вершины к основанию для OHC и IHC. Если базолатеральные K±каналы также характеризуются градиентом проводимости от вершины к основанию, то они могут иметь градиент проводимости с более низкой проводимостью в направлении 140 Гц и более высокой проводимостью в направлении 620 Гц. Если это так, то снижение внеклеточного K+, который вместе с Ca2+ составляет большую часть токов MET, должно в большей степени влиять на более высокочастотную базолатеральную проводимость K+ и связанный с ней SP, тем самым подтверждая тонотопичность.
На 4a представлены 12 из 160 электрических записей, полученных в одном и том же образце при разных частотах и интенсивности звука после аппликации микромолярной концентрации DHS регистрирующим стеклянным электродом в эндолимфатическом пространстве. Кривые настройки частоты для этого образца показали устойчивую, но существенно сниженную амплитуду ответа переменного тока по сравнению с контрольными образцами. Это позволяет предположить, что DHS был эффективен для снижения токов K+. Однако амплитуда переменного тока оставалась настроенной по частоте с пиковой амплитудой 1540 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 1322 мкВ при 71 дБ; 1131 мкВ при 66 дБ; 918 мкВ при 61 дБ; 674 мкВ при 56 дБ; 455 мкВ при 51 дБ; 275 мкВ при 46 дБ; 167 мкВ при 41 дБ (4b). В зависимости от интенсивности звука эти амплитуды переменного тока из этого образца демонстрировали нелинейную зависимость (4c). Вышеописанные наблюдения были характерны для всех семи протестированных образцов.
Как показано на 4d, амплитуды переменного тока были настроены по частоте, а пиковые амплитуды имели значения 1023 ± 141 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 947 ± 142 мкВ при 71 дБ; 802 ± 129 мкВ при 66 дБ; 634 ± 120 мкВ при 61 дБ; 456 ± 95 мкВ при 56 дБ; 305 ± 68 мкВ при 51 дБ; 182 ± 42 при 46 дБ и 111 ± 25 мкВ при 41 дБ. В зависимости от интенсивности звука средние амплитуды переменного тока показали нелинейность, несмотря на уменьшенные амплитуды (4e).
По сравнению с контрольными образцами зависимость амплитуды переменного тока от интенсивности звука в присутствии DHS была статистически значимой (p < 0.0001, НММ), как и индуцированное DHS снижение амплитуды переменного тока (сравнение 2e и 4e, р < 0.0001, НММ). Кроме того, комбинированный эффект интенсивности звука и DHS также был значительным (p < 0.0001, LMM). Эти данные указывают на то, что DHS оказывает умеренное, но значительное влияние на токи, проходящие через МЕТ-каналы.
Чтобы исследовать влияние снижения тока K+ на ответ SP, амплитуды SP были систематически проанализированы в записях электрического потенциала, полученных из 160 записей (4a). Записи показали, что некоторые формы SP-волн имели форму как в контрольных образцах, хотя и с меньшей амплитудой, в то время как небольшое количество из них демонстрировало отрицательную полярность, особенно на высоких частотах и интенсивности звука (4a). В целом пиковые амплитуды SP имели значения 308 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 340 мкВ при 71 дБ; 260 мкВ при 66 дБ; 206 мкВ при 61 дБ; 125 мкВ при 56 дБ; 59 мкВ при 51 дБ; 24 мкВ при 46 дБ и 19 мкВ при 41 дБ (4f). Зависимость амплитуды от интенсивности звука была нелинейной (4g). Усреднение кривых настройки по 7 образцам (4h) подтвердило вышеуказанные наблюдения.
Во-первых, амплитуда SP была заметно снижена по частотам со средними пиковыми значениями 217 ± 41 мкВ при уровне шума 77 дБ; 169 ± 37 мкВ при 71 дБ; 140 ± 34 мкВ при 66 дБ; 93 ± 23 мкВ при 61 дБ; 50 ± 15 мкВ при 56 дБ; 23 ± 6 мкВ при 51 дБ; 16 ± 6 мкВ при 46 дБ, 8 ± 3 мкВ при 41 дБ, а зависимость между амплитудами и интенсивностью звука была нелинейной (4i). Во-вторых, кривые настройки показали, что переключение полярности SP на отрицательные значения произошло примерно на частоте 340 Гц (4h) со значением надирной амплитуды –40 ± 53 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ. Эти данные подтверждают тонотопичность базолатеральной К±проводимости.
Построение графика отношения амплитуд SP к AC в зависимости от частоты с использованием того же диапазона частот, что и для контрольных данных, подтвердило уменьшение амплитуды SP в частотной области выше 340 Гц. В примере образца, показанном на 4a, при уровне звукового давления 77 дБ отношения были положительными до 340 Гц и становились отрицательными выше этой частоты (4j).
Для диапазона интенсивности 51–71 дБ отношения потеряли свою быстрорастущую экспоненциальную составляющую со значениями в диапазоне от 0.37 до 0.77 на частоте 620 Гц (4j). Эти результаты были подтверждены для 7 образцов (4k), где средние отношения варьировались от 0.41 до 0.71 при 620 Гц для диапазона интенсивности звука 51–71 дБ. Это меньше, чем у их контрольных аналогов, которые имели диапазон значений от 0.66 до 1.85.
Таким образом, данные подтверждают, что тонотопичность проводимости для базолатеральных K+ каналов лежит в основе продукции SP вдоль оси частот.
Изображение №5
Ранее было показано, что снижение внеклеточного кальция с применением Ca2+ хелатора EGTA (этиленгликоль-бис (β-аминоэтиловый эфир)-N, N, N', N'-тетрауксусная кислота) влияет на улитковую микрофонную амплитуду при уровне звукового давления 64 дБ. Однако влияние на амплитуды при других интенсивностях звука не исследовалось. Кроме того, в настоящее время неясно, как применение EGTA влияет на формы волны SP и взаимосвязь между амплитудами SP и AC. Чтобы решить эту проблему, записи электрического потенциала в ответ на 160 комбинаций стимулов были получены после применения микромолярного EGTA. На 5a представлены 12 из 160 записей одного и того же образца на разных частотах и интенсивности звука после применения EGTA.
Амплитуды переменного тока от этого образца были явно снижены по сравнению с контрольными, но оставались настроенными по частоте (5b) с пиковыми значениями 853 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 745 мкВ при 71 дБ; 638 мкВ при 66 дБ; 499 мкВ при 61 дБ; 354 мкВ при 56 дБ; 229 мкВ при 51 дБ; 140 мкВ при 46 дБ и 80 мкВ при 41 дБ. Кроме того, эти амплитуды нелинейно зависели от интенсивности звука (5c). По сравнению с контрольными условиями (изображение №2) снижение амплитуды переменного тока, вызванное EGTA, было статистически значимым, как и разница в наклоне, и комбинированное влияние интенсивности звука и EGTA.
Чтобы исследовать влияние применения EGTA на ответ SP, формы волн SP анализировали в каждой из 160 записей, полученных в каждом образце после применения EGTA. В примере, приведенном выше, амплитуда SP была заметно снижена по сравнению с контрольными данными, а кривые настройки частоты демонстрировали двойной пик (5f). Амплитуда самого большого пика составила 135 мкВ при уровне звукового давления 77 дБ; 138 мкВ при 71 дБ; 113 мкВ при 66 дБ; 82 мкВ при 61 дБ; 62 мкВ при 56 дБ; 26 мкВ при 51 дБ; 12 мкВ при 46 дБ и 12 мкВ при 41 дБ. Амплитуды этих пиков нелинейно зависели от интенсивности звука (5g). Однако в этом случае насыщение при высоких значениях звукового давления было более выраженным по сравнению с контрольными условиями, что согласуется с ролью кальция в настройке динамического диапазона MET каналов. Вышеописанные характеристики были обнаружены во всех пяти протестированных образцах (5h, 5i).
Чтобы дополнительно охарактеризовать влияние удаления внеклеточного кальция на SP, отношения амплитуд SP к AC были рассчитаны для полосы частот и диапазона интенсивности звука, используемых для их контрольных аналогов.
В образце, показанном на 5a, отношения демонстрировали поведение, подобное контрольному, т. е. увеличивались с частотой независимо от интенсивности звука (5j). Эта тенденция сохранялась для 5 образцов (5k). Аппроксимация кривой данных показала, что отношение представляло собой двухчленный экспоненциальный рост для изученных интенсивностей звука, за исключением 51 дБ SPL, где использовалась одна экспоненциальная функция роста (красная кривая на 5l).
Данные отношения не демонстрировали статистически значимой разницы по сравнению с их контрольными аналогами. Это указывает на то, что снижение внеклеточного кальция влияет на амплитуду AC и SP аналогичным образом, подтверждая идею о том, что амплитуда и форма SP контролируются внеклеточным K+.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученого.
Эпилог
Ухо человека является частью весьма сложной системы улавливания, преобразования и обработки акустических сигналов. Улитка (внутреннее ухо) содержит порядка 15000 волосковых клеток, которые преобразуют вибрации от воспринятого звука в электрические сигналы. Именно эти сигналы и воспринимаются мозгом для их дальнейшей обработки. Проще говоря, эти клетки занимаются конвертацией звуковых файлов. Сигнал, исходящий от волосковых клеток, состоит из двух частей — переменный и постоянный ток. Переменный ток сообщает мозгу информацию о громкости и частоте звука. Но что делает постоянный ток долгое время оставалось загадкой.
В рассмотренном нами сегодня труде ученые по имени Пьер Хакизимана попытался установить роль постоянного тока в обработке звуковой информации. Ранее уже было установлено, что при измерении электрических сигналов от волосковых клеток улитки сигнал постоянного тока заметен, поскольку он вызывает небольшой сдвиг сигнала переменного тока в положительном или отрицательном направлении. В данном же исследование выяснилось, что полярность сигнала постоянного тока меняется с положительной на отрицательную, когда улитка подвергается воздействию вредного шума.
Следовательно, сигнал постоянного тока может служить индикатором того, что ухо работает нормально или ненормально в ответ на сильный шум. Благодаря этой информации мозгу проще обрабатывать более слабые звуки. Автор исследования считает, что его открытие может стать фундаментом для новых исследований того, как использовать сигнал постоянного тока в диагностике слуха.
Немного рекламы
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5–2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Maincubes Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5–2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4×960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5–2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2×960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5–2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
