在一项新的研究中,来自美国麻省理工学院的研究人员发现了一种驱动发声的大脑回路,它能确保你只在呼气时说话,吸气时停止说话。这种新发现的回路控制着发声所需的两个动作:缩小喉部和从肺部呼出空气。他们还发现这种发声回路受一个调节呼吸节奏的脑干区域的指挥,从而确保呼吸仍然主导说话。相关研究结果发表在2024年3月8日的Science期刊上,论文标题为“Brainstem control of vocalization and its coordination with respiration”。
负责发声和发声-呼吸协调的神经元和回路机制图片来自Science, 2024, doi:10.1126/science.adi8081当他们阻断RAmVOC神经元时,小鼠不再能发出 USV 或任何其他类型的声音。它们的声带没有闭合,腹部肌肉也没有收缩,而在呼气发声时它们通常会这样做。相反,当RAmVOC神经元被激活时,小鼠的声带闭合,呼气,并发出 USV。然而,如果刺激持续两秒钟或更长时间,这些USV就会因吸气而被中断,这表明这一过程是在大脑调节呼吸的同一部位控制下进行的。Wang 说,“呼吸是一种生存需要。尽管这些神经元足以引起发声,但它们是在呼吸的控制之下,这可以超越我们的光遗传刺激。”节奏的产生额外的突触图谱显示,脑干中称为前包钦格复合体(pre-Bötzinger complex)的神经元为RAmVOC神经元提供了直接的抑制性输入。Wang 说,“前包钦格复合体会自动、持续地产生吸气节奏,而该区域的抑制性神经元会投射到这些发声前运动神经元,基本上可以关闭它们。”这就确保了呼吸仍然主导语言的产生,而且在说话时必须暂停呼吸。这些作者认为,虽然人类的语言产生比小鼠的发声更为复杂,但他们在小鼠身上发现的回路在人类的语言产生和呼吸中发挥着保守的作用。论文第一作者Jaehong Park说,“尽管小鼠和人类发声的确切机制和复杂程度确实不同,但人类和小鼠的基本发声过程(即发音,需要声带闭合和呼气)是相同的。”这些作者如今希望研究控制呼吸和发声的大脑回路会如何影响咳嗽、吞咽食物等其他功能。参考资料:Jaehong Park et al. Brainstem control of vocalization and its coordination with respiration. Science, 2024, doi:10.1126/science.adi8081.How the brain coordinates speaking and breathing https://medicalxpress.com/news/2024-03-brain.html
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