发育中耳朵中的细胞如何练习听力

在中耳的液体流出并且声波第一次穿透之前，新生啮齿动物的内耳细胞首次进行实验。约翰霍普金斯大学的研究人员报告说，他们已经找到了事件的分子链，使细胞能够自己发出“声音”，基本上“练习”他们处理周围世界声音的能力。

研究人员在12月3日出版的“ 细胞 ”期刊中描述了他们的实验，他们展示了如何在没有声音的情况下激活内耳中的毛细胞。“我们发现的多步骤过程让我想起了Rube Goldberg的发明，”约翰斯·霍普金斯大学医学院神经科学教授Dwight Bergles博士说，这是Goldberg建造复杂小工具以执行看似简单的任务的参考。“内耳中的细胞利用一种用于其他器官中液体分泌的系统来模拟听觉开始前声音的效果，为真正的交易做好准备。”

Bergles说，大多数哺乳动物的正常听力是一个多步骤过程，首先是声波撞击耳鼓，将能量传递到充满空气的中耳及其三块小骨头。然后内耳中的液体以相应的电频率振动，这使得正常的“毛细胞”的“天线”弯曲，导致它们释放告诉附近神经发射的化学信使。然后该信号传播到大脑，在那里它被解释为特定的声音。

Bergles说，科学家已经知道，发育中的内耳中的毛细胞和附近的“支持”细胞显示出由“能量”化学ATP释放引发的同步活动爆发，这也被用作有效的通信信号。然后，这种活动以与声音诱发信息相同的方式传递到大脑，导致大脑不同听觉中心的神经元突然发射。未知的是ATP如何激活毛细胞。

为了找到答案，Bergles和他的团队主持了该系统的生化元素，发现支持细胞中的氯离子通道似乎至关重要。他们知道ATP引发支持细胞内钙水平升高，因此他们猜测钙是钙激活氯通道打开的线索。

对支持细胞中基因活性的分析表明TMEM16A氯离子通道的参与，他们发现在支持细胞内的这种通道中含有高水平的内部毛细胞。在小鼠中的实验显示，当该通道从支持细胞中移除或被药物阻断时，毛细胞的自发激发减少。

此外生化检查，与电记录和在所述内钙的变化成像组合耳朵小鼠，允许团队拼凑事件的完整链。首先，支持细胞释放ATP，导致其自身ATP受体的自我刺激，引发细胞内钙水平的增加。钙的这种上升打开了TMEM16A通道，让氯化物流出，同时还会释放钾离子和水。在这些事件期间释放的钾激活毛细胞，刺激与它们形成弱连接的神经细胞。

Bergles说，正是这种配对被认为可以稳定连接，帮助大脑理解声音。“这一步骤发生在小鼠和大鼠出生后的前两周，当中耳仍然充满液体，外面的声音无法到达内耳。”

他补充道：“毛细胞排成一排，根据它们的位置响应不同的频率，就像钢琴上的琴键一样。每当毛细胞被激活时，它们与附近神经细胞的连接就会增强，导致其伴侣神经细胞火。” 他说，当大脑从内耳入口附近的毛细胞接收到信号时，它会“听到”高音调的声音; 当信号来自更远的地方时，它会“听到”更深的声音。

“这看似过于复杂的过程有一种美感，”Bergles说。“它以一种新颖的方式利用细胞的能力来触发神经细胞活动。我们认为这有助于建立和完善耳朵和大脑之间的联系，这样动物就可以在它们暴露于它们之后立即正确地听到声音。”

因为老鼠不能告诉研究人员他们是否听到任何声音，研究人员只能猜测他们是根据他们在大脑听觉中心记录的活动做的。Bergles表示他们的研究表明，这些“声音”可能被视为连续播放的单音，类似于紧急响应系统的测试。他说，自制的声音对于一个棒球运动员来说就像击球机一样。“这些机器没有投手投球的所有丰富性和不可预测性，但他们仍然帮助球员为大型赛事做好准备。”

尽管这种自我刺激过程在听力开始后消失，但Bergles说如果这种途径在受伤后重新激活，它可能导致耳鸣或耳鸣“振铃”。他说，进一步了解这种早期信号可能会导致新的策略，以改善人工耳蜗植入物的整合和性能，并加速声音创伤的恢复。