Будь то неправильно закрытая дверь автомобиля, неудачный удар ногой в футболе или неуместная нота в музыке, наши уши сообщают нам, когда что-то звучит неправильно. Команда нейробиологов недавно обнаружила, как работает мозг, чтобы различать "правильные" и "неправильные" звуки — исследование, которое обеспечивает более глубокое понимание того, как мы усваиваем сложные аудиомоторные задачи, такие как говорение или воспроизведение музыки.

"Мы прислушиваемся к звукам, которые издают наши движения, чтобы определить, допустили ли мы ошибку", - говорит Дэвид Шнайдер, доцент Центра нейронных наук Нью-Йоркского университета и старший автор статьи, которая появляется в журнале Current Biology.

"Это наиболее очевидно для музыканта или при разговоре, но на самом деле наш мозг делает это постоянно, например, когда игрок в гольф прислушивается к звуку соприкосновения клюшки с мячом. Наш мозг всегда регистрирует, соответствует ли звук ожиданиям или отклоняется от них. В ходе нашего исследования мы обнаружили, что мозг способен делать точные прогнозы о том, когда должен прозвучать звук и как он должен звучать".

Исследователи сосредоточили свою работу на лучшем понимании повседневных явлений. Например, мы знаем, как должна звучать дверь автомобиля, потому что закрывали ее бесчисленное количество раз. Однако в тех случаях, когда мы оставляем ремень безопасности в дверном косяке автомобиля и пытаемся его закрыть, мы слышим нечто другое — "лязг", а не "стук". То же самое происходит с отбивающим в бейсболе, который бьет по поданному мячу прямо, а не просто опрокидывает его, или когда музыкант слышит ноту, которая соответствует мелодии, а не нарушает ее.

Однако неясно, как работает мозг, чтобы отличать "правильные" звуки от "неправильных". Понимание того, как это происходит, может дать представление о том, как здоровый мозг может научиться говорить и воспроизводить музыку, а также о том, что происходит не так при нервных расстройствах, таких как шизофрения.

Чтобы решить эту проблему, Шнайдер и его коллеги изучили неврологическую активность мышей, когда они выполняли задачи, похожие на закрытие двери автомобиля. Ученые обучили мышей нажимать лапами на рычаг — например, закрывать дверь автомобиля — и воспроизводили звуковой сигнал каждый раз, когда рычаг достигал определенного положения. В конце концов мыши точно узнали, как должен звучать рычаг. Если исследователи удаляли звук, воспроизводили неправильный звук или воспроизводили правильный звук в неподходящее время, мыши корректировали свое поведение, точно так же, как это сделали бы люди, если бы дверь автомобиля сделала что-то неожиданное.

Ученые записали мозговую активность мышей во время такого поведения — в частности, как реагировали нейроны в слуховой коре, одном из "слуховых центров" мозга. В целом, эти нейроны были минимально активны, когда мышь нажимала на рычаг и слышала ожидаемый звук. Однако, если исследователи меняли звук на неправильную частоту — похожую на "лязг" автомобильной двери — или даже слегка сдвигали время звука, эти нейроны реагировали энергично.

"Слуховая кора, по-видимому, сигнализирует не о том, что было услышано, а о том, соответствовало ли услышанное его ожиданиям или нарушало их", - отмечает Николас Аудетт, ведущий автор исследования и постдокторант лаборатории Шнайдера.

Кроме того, исследователи обнаружили, что если они полностью опускали звук — подобно тому, как недостаточно сильно закрывали дверь, — они наблюдали, как избранная группа нейронов становилась активной в то время, когда звук должен был произойти.

"Поскольку это были одни и те же нейроны, которые были бы активны, если бы звук действительно воспроизводился, это было похоже на то, как если бы мозг вызывал воспоминание о звуке, который, как он думал, он услышит", - отмечает Шнайдер.

В дополнение к своей роли в прогнозировании самогенерируемых звуков во время повседневного поведения, считается, что та же схема мозга, которую изучают Шнайдер и его коллеги, дает сбои при таких заболеваниях, как шизофрения, что приводит к восприятию "фантомных голосов", которых на самом деле нет. Они надеются, что, поняв эти мозговые цепи в здоровом мозге, они смогут начать понимать, что может пойти не так во время болезни.