“这听起来就是错的”——新研究揭示了我们的大脑如何告诉我们声音何时关闭

无论是车门没关好，足球中被踢出一脚，还是音乐中的音符放错了地方，我们的耳朵都会告诉我们什么地方听起来不对。一组神经科学家最近发现了大脑是如何区分“正确”和“错误”的声音的，这项研究为我们如何学习说话或播放音乐等复杂的听觉运动任务提供了更深入的理解。

纽约大学神经科学中心的助理教授 David M. Schneider是这篇发表在《Current Biology》杂志上的论文的资深作者，他说:“我们通过听我们的动作产生的声音来判断我们是否犯了错误。这在音乐家或说话时最为明显，但我们的大脑实际上一直都在这样做，比如当高尔夫球手在听她的球杆接触球的声音时。我们的大脑总是在记录一个声音是否符合或偏离预期。在我们的研究中，我们发现大脑能够精确预测声音应该何时发生以及它应该是什么样子的。”

研究人员的工作重点是更好地理解日常现象。例如，我们知道车门应该是什么声音，因为我们已经关上了无数次了。然而，当我们把安全带放在车门门框上并试图关上它时，我们听到的是不同的声音——“哐当”而不是“砰”的一声。这就像棒球击球手把球打得正正，而不是把球打歪——或者音乐家听到一个符合旋律的音符，而不是一个破坏旋律的音符。

然而，目前还不清楚大脑是如何识别“正确”和“错误”的声音的。了解它是如何做到这一点的，可能会让我们了解健康的大脑是如何学会说话和播放音乐的，以及精神分裂症等神经疾病的问题出在哪里。

为了解决这个问题，Schneider和他的同事们研究了鼠在执行类似于关闭车门的任务时的神经活动。科学家们训练鼠用爪子推杠杆——就像关车门一样——并在杠杆到达特定位置时播放一种音调。最终，鼠们确切地学会了杠杆应该发出什么样的声音。如果研究人员删除了声音，播放了错误的声音，或在错误的时间播放了正确的声音，鼠就会调整它们的行为，就像人类在车门做了一些意想不到的事情时所做的一样。

科学家们记录了鼠在这些行为期间的大脑活动——具体来说，是大脑的“听觉中心”之一——听觉皮层的神经元如何反应。总的来说，当鼠按杠杆并听到预期的声音时，这些神经元只有最低限度地活跃。然而，如果研究人员将声音的频率更改为错误的频率——类似于车门的“叮当声”——或者甚至轻微改变声音的时间，这些神经元就会做出强烈反应。

该研究的第一作者、Schneider实验室的博士后Nicholas Audette观察到:“听觉皮层发出的信号似乎不是听到了什么，而是听到的东西是否符合或违背了它的预期。”此外，研究人员发现，如果他们完全忽略了声音——类似于关门不够用力——他们会观察到一组选定的神经元在声音应该发生的时候变得活跃。

Schneider指出:“因为如果声音真的播放了，这些神经元也会被激活，这就好像大脑在回忆它认为将要听到的声音的记忆一样。”

Schneider和他的同事们正在研究的大脑回路除了在预测日常行为中自我产生的声音方面发挥作用外，还被认为在精神分裂症等疾病中出现故障，导致人们感知到实际上并不存在的“幻影声音”。他们希望通过了解健康大脑中的这些大脑回路，他们可以开始了解疾病期间可能出现的问题。

该研究的其他作者是神经科学中心的博士后Alessandro La Chioma和纽约大学的博士生WenXi Zhou。

参考文献

Precise movement-based predictions in the mouse auditory cortex