Fysiologen van de Universiteit van Nagoya hebben het begrip van de neurale circuits van vogels vergroot, waardoor ze kunnen onderscheiden waar een specifiek geluid vandaan komt. Hun bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances , zou wetenschappers kunnen helpen de basis te begrijpen van hoe zoogdierhersenen het tijdsverschil berekenen tussen een enkel geluid dat bij elk afzonderlijk oor aankomt, bekend als 'interauraal tijdsverschil'.

"Dieren kunnen nauwkeurige interaurale tijdsverschildetectie uitvoeren voor geluiden van een breed scala aan frequenties", legt Rei Yamada uit, die gespecialiseerd is in celfysiologie aan de Graduate School of Medicine van Nagoya University. Het zenuwcircuit voor dit proces is zo gespecialiseerd dat de vele takken die zich uitstrekken vanuit een enkele zenuwcel, dendrieten genaamd, een specifieke geluidsfrequentie ontvangen van het ene of het andere oor. Maar het is nog niet precies duidelijk hoe dit allemaal samenwerkt om interaurale tijdsverschildetectie mogelijk te maken.

Yamada en zijn collega Hiroshi Kuba wilden meer weten over dit proces. Ze voerden laserexperimenten uit op plakjes kippenhersenen door prikkelende receptoren te stimuleren op een deel van de hersenen dat verantwoordelijk is voor de lokalisatie van geluid. Dit werd gevolgd door simulatie-experimenten om de betekenis van hun eerste bevindingen te verduidelijken.

Ze ontdekten dat zenuwverbindingen, synapsen genaamd, in het bijzonder geclusterd waren aan de uiteinden van gespecialiseerde lange dendrieten die bestemd waren voor het geleiden van signalen van laagfrequente geluiden. Contra-intuïtief verminderde deze clustering de sterkte van de signaaloverdracht langs de lengte van de dendriet, zodat deze kleiner was tegen de tijd dat deze de zenuwcel bereikte. Dit proces stelde de zenuwcel echter in staat om intense inputs te tolereren die binnenkwamen via dendrieten die aan elk oor waren toegewezen, waardoor het vermogen om de noodzakelijke tijdsverschil- en locatiegegevensverwerkingsactiviteiten uit te voeren behouden bleef.

"Veel dieren, waaronder mensen, gebruiken het tijdsverschil van een geluid dat beide oren bereikt als een aanwijzing voor de lokalisatie van geluidsbronnen", zegt Yamada. "We willen onderzoeken of de associatie die we hebben gevonden tussen neurale functie en structuur universeel gebruikelijk is bij andere soorten. Uitbreiding van ons onderzoek naar zoogdierhersenen zal belangrijk zijn om het basisprincipe te begrijpen van interaurale tijdsverschildetectie dat vogels en dieren gemeen hebben met mensen."

De studie, "Dendritische synapsgeometrie optimaliseert binaurale berekening in een geluidslokalisatiecircuit", werd gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances op 24 november 2021.