Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

13.08 Звукообразование и восприятие акустических сигналов животными

 

Римская-Корсакова Л.К. «Распознавание интенсивности импульсных звуков и их кодирование ансамблем периферических волокон» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 57 (2019). 106 с.

Известно, что распознавание интенсивности тональных импульсов средней интенсивности, предъявляемых либо в тишине, либо в условиях временной маскировки хуже, чем распознавание тех же импульсов с низкой или высокой интенсивностью. До настоящего времени исследователи рассматривали и объясняли эффекты распознавания импульсов в тишине и при маскировке по-разному. В данной работе предложена обобщенная гипотеза о распознавании тональных импульсов, предъявляемых в разных условиях. Гипотеза учитывала периферическое кодирование высокочастотных звуков ансамблем периферических волокон. В модельном эксперименте изучали свойства двух комплементарных распределений спайковой активности ансамбля волокон: распределение появление спайков во времени и распределением меж спайковых интервалов. На вход модели подавали одиночный импульс или звуковой комплекс, содержащий тестовый импульс, предъявляемый до или после и помехового импульса. Распределения имели разные интервалы корреляции, поэтому плотности пиков несли в себе разную информацию о импульсе или звуковом комплексе. Мы также предположили, что пики разных распределений могли быть нейронными основали для различных субъективных характеристик тестового импульса и объединенного звука. Мы также моделировали задачу распознавания интенсивности. Для этого рассчитывали индексы чувствительности (Green, Swert, 1966) для каждого из пиков разных распределений. Показано, что изменение амплитуды либо тестового импульса, либо импульсной помехи приводило к изменению весов различных субъективных качеств (пиков распределений) и их чувствительностей к приращению амплитуд. Причиной ухудшения распознавания интенсивности, полагаем, могло стать выявленное нами несоответствие весов и чувствительностей разных субъективных качеств. В случае предъявления тональных импульсов со средней интенсивностью такое несоответствие было весьма значительным. Сопоставлены свойства кодирования и особенности распознавания амплитуд тонов, тональных импульсов и щелчков. Результаты исследования затрагивают фундаментальные и прикладные вопросы кодирования интенсивности коротких высокочастотных звуков в слуховой системе. Ключевые слова: слух, модель волокна слухового нерва, кодирование коротких высокочастотных звуков, распределения активности ансамбля периферических волокон

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 57 (2019). 106 с. | Рубрики: 13.06 13.08

 

Егорова М.А. «Группирование и разделение звуковых событий в реакциях нейронов слуховой коры мыши на модели конспецифических вокализаций» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 60 (2019). 106 с.

Речь человека и коммуникационные сигналы животных структурированы во времени и образованы сериями звуковых компонентов, воспринимаемых как единое слуховое событие. Известно, что временной контекст сигналов (группирование и разделение последовательных звуковых компонентов) способствует их пониманию и запуску специфических поведенческих ответов (Bregman, 1990; Gaub, Ehret, 2005). В качестве одного из нейрофизиологических механизмов группирования и разделения звуковых компонентов, определяющих перцептуальную границу слуховых событий, предлагается нейрональная адаптация. В представленной работе мы тестировали гипотезу об участии нейрональной адаптации в обработке последовательностей коммуникационного сигнала мышей – крика дискомфорта мышат. В естественных условиях мышата излучают крик дискомфорта в виде серий из 2–5-ти сигналов, при этом мыши-матери воспринимают естественный крик и его модели, как значимые, если он следует сериями, как минимум, из четырех сигналов, разделенных интервалами 100–400 мс (Gaub, Ehret, 2005). Для обоснования гипотезы мы исследовали временную динамику постстимульной адаптации одиночных нейронов первичной слуховой коры мозга домовой мыши (Mus musculus), т.е. зависимость степени проявления адаптации от межстимульного интервала в последовательности звуков. Ответы нейронов регистрировали в условиях общей анестезии при предъявлении серий из четырех 100-мс тональных сигналов, частота которых соответствовала характеристической частоте нейрона, а уровень составлял 40 дБ над порогом его ответа. Интервал между тональными составляющими одной серии был одинаков, а в разных сериях варьировал от 0 до 1000 мс. Анализ полученных результатов продемонстрировал эффект адаптации в ответах всех исследованных нейронов первичной слуховой коры, выражавшийся в отсутствии или значительном снижении активности, вызванной следующими за 1-м компонентами серии звуков, при межстимульных интервалах 0–500 мс. Таким образом, временной диапазон проявления адаптации к серии сигналов на уровне популяции нейронов первичной слуховой коры мыши соответствует временному диапазону интервалов серии криков дискомфорта мышат, важному для запуска оптимального материнского поведения. 1. Bregman A.S. Auditory scene analysis. 1990. The MIT Press, Сambridge, MA. 2. Gaub S., Ehret G. J. Comp. Physiol. 2005. V. 191. P. 1131-1135. Ключевые слова: домовая мышь, первичная слуховая кора, нейроны, постстимульная адаптация, группирование и разделение слуховых событий

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 60 (2019). 106 с. | Рубрика: 13.08

 

Акимов А.Г., Егорова М.А. «Специализация нейронов слухового центра среднего мозга мыши с различными паттернами ответа при частотно-временной обработке коммуникационных сигналов» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 60-61 (2019). 106 с.

Нейроны центрального ядра заднего холма среднего мозга домовой мыши по паттернам ответов могут быть отнесены к двум принципиально различным типам. Первый отличается тоническими характеристиками активности, т.е. импульсный ответ нейрона продолжается в течение всего действия акустического сигнала. Среди ответов нейронов центрального ядра преобладание тонической активности показано для тонических, фазно-тонических, паузных и позднелатентных разрядов (Ehret, 1997). Второй тип нейронов отличается фазными характеристиками активности, при которых ответ нейрона значительно короче длительности сигнала. Такие нейроны имеют фазный или пачечный разряд. Различия в характеристиках импульсной активности нейронов позволяют предполагать их функциональную специализацию в частотно-временной обработке звуков. В представленной работе исследовали специализацию нейронов с различными паттернами ответов к обработке моделей коммуникационного сигнала мышей – крика дискомфорта мышат. Крик состоит из трех основных гармоник, сосредоточенных в области 5, 10 и 15 кГц, мышата излучают его в виде серий из 2–5 сигналов (Егорова, Акимов, 2010; Gaub, Ehret, 2005). В экспериментах внеклеточно регистрировали ответы одиночных нейронов центрального ядра, вызванные моделями крика дискомфорта мышат и сериями моделей, состоящих из 4-х компонентов, следующих с разными межстимульными интервалами (0–1000 мс). У трети нейронов показано спектральное облегчение ответов на различные двух- и трехтоновые комбинации частотных составляющих крика. Более чем 80% таких комбинационно-чувствительных нейронов имели тонические характеристики активности, т.е. тонические, фазно-тонические, паузные и позднелатентные разряды. Исследование ответов нейронов на серии моделей крика дискомфорта показало, что при коротких межстимульных интервалах ответы на 2-й – 4-й сигналы в серии полностью подавлялись или значительно уменьшались у двух третей исследованных нейронов, т.е. проявлялась адаптация к сериям звуков. Такие нейроны имели фазные или пачечные разряды. Увеличение межстимульного интервала приводило к постепенному восстановлению ответа на следующие за первым сигналы. При этом временной диапазон проявления адаптации соответствовал временному диапазону интервалов 100–400 мс в серии криков дискомфорта мышат, важному для запуска материнского поведения (Gaub, Ehret, 2005). У трети нейронов адаптация не проявлялась. Для них был характерен тонический тип разряда. Ключевые слова: слух, средний мозг, частотно-временная обработка звуков, слуховая адаптация, паттерны ответов нейронов

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 60-61 (2019). 106 с. | Рубрика: 13.08

 

Хорунжий Г.Д., Егорова М.А. «Количественная оценка латентных периодов ответов в рецептивных полях нейронов задних холмов среднего мозга и слуховой коры мыши» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 61 (2019). 106 с.

Изучение частотного и временного механизмов анализа звука нейронами слуховых центров мозга млекопитающих остается актуальной задачей физиологии слуха. На сегодняшний день лишь в малом количестве работ сделана попытка сопоставить характеристики активности одиночных нейронов слуховых центров ствола мозга и слуховой коры (Ter-Mikaelian et al., 2007; Bajo, King, 2013). Настоящее исследование посвящено оценке вариабельности латентных периодов ответов в частотных рецептивных полях нейронов центрального ядра задних холмов среднего мозга и первичной слуховой коры наркотизированных домовых мышей. Латентный период ответа каждого нейрона на сигнал характерстической частоты (ХЧ) уровнем 30 дБ над порогом ответа сравнивали с минимальным и максимальным значениями латентностей во всем возбудительном рецептивном поле этого нейрона. Нейроны центрального ядра, принадлежавшие к трем описанным ранее функциональным группам (первично-подобные, тормозно-зависимые и V-образные, Вартанян и др., 2000; Egorova et al., 2001), различались по вариабельности латентностей в зависимости от частоты и интенсивности сигнала. V-образные нейроны отличались наименьшими величинами изменения латентных периодов ответов в рецептивных полях (в среднем 9±3.1 мс). Диапазон варьирования латентностей в области возбудительного ответа первично-подобных и тормозно-зависимых нейронов оказался значительно шире и составлял в среднем 16±4.4 мс и 18±8 мс, соответственно. По всей популяции нейронов центрального ядра уменьшение или увеличение латентных периодов ответов относительно измеренных при действии стимула ХЧ не превышало 45 мс. Разброс латентностей в рецептивных полях нейронов первичной слуховой коры был существенно больше, чем аналогичный показатель у нейронов центрального ядра, и достигал 60–80 мс. При этом две трети нейронов полей первичного и переднего слуховых полей коры имели V-образные рецептивные поля и фазные характеристики активности. Полученные данные подтвердили существование фундаментальных различий между нейронами слухового центра среднего мозга и слуховой коры по временным свойствам их активности, видимо, отражающих особенности процессов обработки звуковых сигналов на этих уровнях слуховой системы. Ключевые слова: слуховая система, одиночные нейроны, латентные периоды ответов

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 61 (2019). 106 с. | Рубрика: 13.08

 

Севастьянов Н.С. «Темпы эволюции акустических сигналов и видообразования у саранчовых подсемейства Gomphocerinae (Insecta, Orthoptera, Acrididae)» Сенсорные системы, 34, № 1, с. 3-11 (2020)

У саранчовых подсемейства Gomphocerinae акустические сигналы являются основным компонентом репродуктивной изоляции. Среди акустически активных Orthoptera акустическая коммуникация Gomphocerinae наиболее развита с точки зрения сложности стридуляционных движений ног, количества звуковых элементов и стратегий ухаживания. Целью нашего исследования была оценка темпов эволюции двух типов сигналов путем сравнения филогенетических реконструкций и акустических данных. Мы проанализировали призывные сигналы и сигналы ухаживания для 120 пар сестринских видов, которые были отобраны на основе филогенетических реконструкций. В ходе анализа была описана структура песни при помощи матрицы, включающей 31 признак для призывного сигнала и 60 признаков для ухаживания. Проведен расчет сложности сигнала на основе оценки влияния на сложность каждого значения признаков. Были использованы три маркера (COI, ITS1 и ITS2) и методы MCMC и ML для реконструкции филогенетических отношений внутри Gomphocerinae. Выборка была разделена на подмножества по признаку аллопатрии/симпатрии сестринских видов. Проведен корреляционный анализ между акустическими параметрами и генетической дистанцией. Обнаруженные корреляции позволяют сделать вывод о том, что высокая степень сложности сигнала ухаживания у молодых видов как в случае симпатрического, так и в случае аллопатрического видообразования может быть признаком ведущей роли полового отбора в эволюции изолирующих барьеров, и, как следствие, в процессе видообразования.

Сенсорные системы, 34, № 1, с. 3-11 (2020) | Рубрика: 13.08

 

Шестаков Л.С. «Дизруптивные сигналы – эффективный механизм прерывания нежелательной копуляции у Pentatoma rufipes» Сенсорные системы, 34, № 1, с. 12-14 (2020)

Акустический репертуар Pentatoma rufipes, помимо призывных, конкурентных и сигналов ухаживания, включает и особый тип сигнала – дизруптивный. Сигнал служит для предотвращения попыток копуляции и разрушения уже копулирующих пар. Данный тип сигнала издают только самки при попытке самца копулировать. Показано, что сигнал не только препятствует копуляции, но и разрушает уже сформировавшиеся пары.

Сенсорные системы, 34, № 1, с. 12-14 (2020) | Рубрика: 13.08

 

Шестаков Л.С., Эль Хашаш А. «Роль акустических и вибрационных сигналов во взаимоотношениях паразитических двукрылых сем.[семейства] Tachinidae и клопов-щитников» Сенсорные системы, 34, № 1, с. 15-18 (2020)

Мухи семейства Tachinidae паразитируют на представителях многих отрядов насекомых. При поиске жертвы они часто ориентируются на ее коммуникационные сигналы. Показано, что вибрационные сигналы полужесткокрылых вызывают изменения поискового поведения мух на растении и повышают активность. Шумы, возникающие при перемещении мухи по растению, никак не влияли на активность клопов. Зараженные особи Pentatomidae сохраняют акустическую активность, но их сигналы могут существенно менять свою амплитудно-временную структуру по сравнению с контролем.

Сенсорные системы, 34, № 1, с. 15-18 (2020) | Рубрика: 13.08