创新背景

在一家繁忙的咖啡店里，我们被声音淹没——人们的聊天声，杯子的碰撞声，音乐的播放声，各种声音交杂在一起。然而我们的大脑会将有用的信息与无关紧要的信息分离开，依然能够在声音的海洋里准确定位到那句“您的咖啡好了”。
听觉皮层是大脑中对声音做出反应的一部分，长期以来人们一直知道它有不同的解剖分区域，但这些区域在听觉处理中发挥的作用仍然是一个谜。

创新过程

麻省理工学院大脑和认知科学副教授麦克德莫特及其研究团队的一项新研究发现，听觉皮层中的子区域对背景噪声的存在有不同的反应，揭示了大脑如何完成从背景噪音中提取有意义的声音的任务。这些发现有一天可能有助于建立人工听力系统，并帮助开发定向助听器。该研究发表在Nature Communications杂志上。

之前的研究表明，听觉皮层的初级和非主要的次区域对声音的反应是不同的，但这些研究主要是基于大脑对言语或简单的合成声音(如音调和咔哒声)的反应。很少有人知道这些区域是如何作用于日常听觉行为的。

为了在更现实的条件下测试这些次区域，研究人员评估了受试者在有或没有背景噪音条件下聆听自然声音时脑活动的变化。当受试者躺在核磁共振扫描仪里时，他们会听到30种不同的自然声音，从喵喵叫到手机铃声，这些声音有的单独出现，有的嵌入了现实世界的背景噪音，比如大雨。
让他们惊讶的是，研究人员发现听觉皮层的主要区域和非主要区域对自然声音的反应不同，这取决于是否存在背景噪音。他们发现，当背景噪音出现时，初级听觉皮层的活动会发生改变，这表明该区域尚未区分有意义的声音和背景噪音。然而，非初级听觉皮层对自然声音的反应与是否有噪音无关，这表明由声音产生的皮层信号在到达非初级听觉皮层时被转化或“清理”以去除背景噪音。之后研究团队进行了更多的研究，得到的都是相同的结果。

研究团队继续测试这些反应是否针对特定的声音，并发现无论声音活动的来源或类型如何，上述效果都保持稳定。不管有没有背景噪音，音乐、语言或吱吱作响的玩具都会以类似的方式激活非初级皮层区域。
研究者还测试了注意力是否与此相关。即使研究人员在扫描仪中偷偷用视觉任务分散受试者的注意力，大脑皮层的亚区域对有意义的声音和背景噪音的反应也是相同的，这表明注意力并没有驱动这方面的声音处理。换句话说，即使我们专心读书，我们的大脑也会把喵喵叫的声音和外面的淅淅沥沥的大雨区分开来。

通过深入了解大脑如何处理声音，研究人员希望这项工作能有助于改善听力障碍的诊断和治疗。这样的研究可以帮助揭示因发育障碍或与年龄相关的听力损失造成的听力困难的根源。例如，如果听力损失是由感觉处理功能障碍引起的，这可能是由听觉皮层中的异常噪声鲁棒性引起的。相反，正常的噪音鲁棒性可能表明大脑中的其他部位出现了损伤，例如，高级执行功能出现了故障。
同时，研究者表示，希望这些听觉功能的非侵入性测量可能成为临床评估的有价值的工具。

创新价值

这些发现揭示了我们在噪音中倾听能力的一种神经关联，同时展示了大脑皮层听觉处理的不同阶段之间的功能差异。