Nature: 蓝斑核团神经元可增强人工耳蜗感知声音的能力

人工耳蜗是一种为聋人提供听力的神经假体设备，该装置将声音转换为刺激听觉神经的电信号，大脑学会处理这些信号，从而理解听觉信息。然而，一些植入人工耳蜗的患者在植入设备的几个小时内就学会识别声音，而另一些人则需要几个月或几年的时间。

然而患者的年龄、听力损失的持续时间以及植入设备中处理器和电极的类型并不能解释这种差异，但非人类灵长类动物和啮齿动物实验表明大脑可能是这种差异的来源。

2022年12月21日纽约大学医学院Robert C. Froemke研究团队揭示了蓝斑核团神经元可增强人工耳蜗感知声音的能力。

1. 大鼠人工耳蜗刺激相关的声音信号奖赏学习任务

研究人员通过在耳聋大鼠的耳朵里植入装有8个电极的人工耳蜗，每个电极都编码一个曲调声音。刺激不同电极时，会发出不同的曲调声音，大鼠在听到与食物奖励相匹配的曲调，鼻触获得食物奖赏，听到其他曲调并没有奖赏。经过2周训练后大鼠学会了区分提供奖励的曲调和没有奖励的曲调。

图1：人工耳蜗声音刺激相关奖赏任务

2. 激活蓝斑神经元促进大鼠人工耳蜗感知听觉的能力

蓝斑（LC）通过释放去甲肾上腺素促进听觉信号的学习和处理，同时也参与认知、学习记忆和注意力等过程。大鼠在听到奖赏相关声音信号未作出触碰行为的事件，称为丢失事件。光纤钙成像技术发现LC区域去甲肾上腺素神经元钙信号与训练早期大鼠听到奖赏相关声音信号后未能做出正确触碰行为密切相关（丢失事件发生率越高时，钙离子活性增加越多），在后期正确触碰行为能力增强后其神经元钙离子信号减弱。

大鼠在听到非奖赏相关声音信号时做出鼻触行为，被称为假阳性事件。研究人员发现假阳性率越低，LC区域去甲肾上腺素神经元钙离子信号越强。这些结果表明LC神经元活性可预测在失聪大鼠的声音相关奖赏学习过程的行为表现。

进一步通过光遗传学技术在训练期间激活LC神经元后能明显促进失聪大鼠奖赏学习过程，提高学习能力。

图2：激活LC神经元后明显促进失聪大鼠奖赏学习能力

3. 听觉皮层神经元与人工耳蜗刺激相关的奖赏学习任务

已有研究表明人工耳蜗接受刺激引起的反应几乎与听觉皮层神经元反应一致。研究人员通过电生理实验分别记录了未参与奖赏学习训练的失聪大鼠、仅接受奖赏学习训练的失聪大鼠、同时接受光激活LC神经元和奖赏学习训练的失聪大鼠，发现未经训练的大鼠在每次接受声音刺激后听觉皮层神经元反应变化差异很大，此外，该区域兴奋性突触后电流和抑制性突触电流变化协调性低。

经历奖赏训练后的大鼠兴奋性突触后电流和抑制性突触电流变化存在高度协调性。进一步分析发现同时接受光激活LC神经元和奖赏学习训练的失聪大鼠在面对不同声音刺激后听觉皮层神经元反应变化差异较小，而仅接受奖赏学习的大鼠听觉皮层神经元反应变化差异较大。这些结果表明听觉皮层对人工耳蜗的奖赏刺激的反应增强，对不同非奖赏声音信号的神经元反应降低。

图3：听觉皮层神经元参与失聪大鼠听觉感知能力

总结

本文发现大脑蓝斑区域神经元可通过重塑听觉皮层神经元可塑性改善了失聪大鼠的听力感知能力，这或许可以解释使用耳聋患者在人工耳蜗设备存在不同的表现差异。

原始出处：

Glennon， E.， Valtcheva， S.， Zhu， A. et al. Locus coeruleus activity improves cochlear implant performance. Nature (2022). https：//doi.org/10.1038/s41586-022-05554-8.