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Science | 破解百年难题!研究发现不能一边说话一边吸气的潜在原因

2024-03-22

  发声关键依赖于喉部肌肉的精确控制与持续呼吸的协调。然而,控制这些过程的神经机制仍不清楚。 

  202438日,麻省理工学院学Fan Wang团队在Science 在线发表题为Brainstem control of vocalization and its coordination with respiration的研究论文,该研究发现发现位于疑后核(RamVOC)的发声特异性喉前运动神经元是驱动声带关闭的关键控制节点,从而协调呼气和声音产生。前包钦格复合体(pre-B?tzinger complex)对这些神经元的抑制是发声的基础。 

  因此,发声是由喉部运动神经元的RAmVOC兴奋产生的,RAmVOC神经元受到前包钦格复合体的抑制,并且吸气需要RAmVOC介导的声带关闭。RAmVOC神经元中的消融抑制性突触损害了喉内收的吸气门控,导致发声与呼吸不协调。该研究揭示了声音产生和声音-呼吸协调的回路。 

  定位在许多物种的交流中起着至关重要的作用。尽管发声(即发音)的复杂性因物种而异,但基本的声音产生过程(即发声)具有相似性。发声过程主要发生在呼气过程中:在呼气的同时喉咙变窄(声带内收)。一般来说,在吸气过程中不会发声,因为吸气需要打开喉咙(声带外展)。此外,吸气的需要抑制了发声(呼吸优先)—日常经验表明,当需要呼吸时,必须停止说话。在错误的呼吸阶段,喉部不适当的内收或外展可能导致吸气问题或发声嘶哑。人们对发声的知识缺乏,即神经回路如何无缝地协调喉部运动与呼吸来产生发声并优先考虑呼吸需求。 

  理解这一过程的关键是首先确定驱动喉部内收发声的神经元,然后确定它们与呼吸回路的相互作用。后脑含有能激活喉内收肌运动神经元的前运动神经元。位于尾腹侧脑干的疑后核(RAm)是发声的关键节点之一。在失脑猫和麻醉大鼠中,电刺激中脑导水管周围灰质(PAG)引起的鸣叫被RAm损伤抑制。药物和电刺激的RAm唤起基本的声音,尽管这些声音不像物种典型的发声。RAm区域具有发声相关的神经活动,并且在单位活动和发声响度之间显示出正相关。 

  注入RAm的神经示踪剂标记了喉运动神经元所在的模糊性核(NA)的轴突投射。然而,RAm区域没有解剖上的分界,包含异质类型的神经元,包括那些调节呼吸和其他口面部运动的神经元。因此,RAm中哪些群体是发声特异性喉前运动神经元,它们是否驱动声带内收和发声是必要的和充分的,如果是的话,它们如何与呼吸回路相互作用以确保发声-呼吸协调和呼吸首要性,仍然是未知的。关于呼吸,已经对吸气节律产生器前包钦格复合体(pre-B?tzinger complex)进行了深入的研究。然而,只有一项研究调查了前包钦格复合体在清醒动物发声过程中的功能。 

  发声和发声-呼吸协调的神经元和回路机制(图源自Science 

  该研究发现RAmVOC神经元的抑制不仅在社会环境中消除了USVs,而且在厌恶状态(夹尾或脚震动)中消除了可听的吱吱声。RAmVOC激活的持续时间可以决定USV音节的长度和同时到期的时间,RAmVOC激活的影响取决于呼吸阶段。RAmVOC神经元受到前包钦格复合体的抑制,并且吸气需要RAmVOC介导的声带关闭。RAmVOC神经元中的消融抑制性突触损害了喉内收的吸气门控,导致发声与呼吸不协调。该研究揭示了声音产生和声音-呼吸协调的回路。 

 

  (来源:iNature 

  原文出处:Park J, Choi S, Takatoh J, Zhao S, Harrahill A, Han BX, Wang F. Brainstem control of vocalization and its coordination with respiration. Science. 2024 Mar 8;383(6687):eadi8081. doi: 10.1126/science.adi8081. Epub 2024 Mar 8. PMID: 38452069. 

  链接:https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38452069/ 

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