マウス聴覚皮質の周波数変調スイープの速度の選択性

周波数変調（FM）スイープは、人間の発話を含む発声の一般的なコンポーネントです。スイープ方向と速度の両方が発声の識別に影響します。種を超えて、方向選択性と比較して、FMレートの選択性については比較的少ないです。この研究では、FMレートの選択性は、麻酔された1〜3か月のC57BL/6マウスの聴覚皮質で研究されました。ニューロンは、0.08〜20 kHz/MSのレートの選択性に応じて、高速パス、バンドパス、スローパス、またはすべてパスに分類されました。マルチユニットの記録を使用して、一次聴覚皮質（A1）と前聴覚場（AAF）の両方で250〜450μmの深さでFMレート選択性をマッピングしました。レート選択性の機能的な構成に関しては、3つのパターンが見つかりました。まず、A1とAAFの両方で、ニューロンは速度選択性に従ってクラスター化されました。第二に、ほとんど（〜60％）AAFニューロンは高速パスまたはバンドパス選択的でした。ほとんどのA1ニューロン（〜72％）はスローパス選択的でした。この分布は、AAFがA1よりも速い時間処理に特化しているという仮説をサポートしています。A1とAAFからの単一ユニットの記録（n = 223）は、マウス聴覚皮質が0.5〜3 kHz/msの狭い範囲のスイープレートを検出して区別するのが最適であることを示しています。第三に、異なる深さで得られた記録に基づいて、顆粒層のニューロンは粒状層のニューロンよりも選択的ではなく、FM処理が皮質カラム内で変化を受けることを示唆しています。平均して、マウス聴覚皮質では方向選択性はほとんどありませんでした。また、特徴的な周波数と方向選択性の間に相関はありませんでした。マウス皮質の速度速度選択性は、FMレート処理が聴覚系の発達、老化、疾患における遺伝的および環境的要因の貢献を研究するための有用な生理学的マーカーであることを示しています。

Frequency-modulated (FM) sweeps are common components of vocalizations, including human speech. Both sweep direction and rate influence discrimination of vocalizations. Across species, relatively less is known about FM rate selectivity compared with direction selectivity. In this study, FM rate selectivity was studied in the auditory cortex of anesthetized 1- to 3-mo-old C57bl/6 mice. Neurons were classified as fast pass, band pass, slow pass, or all pass depending on their selectivity for rates between 0.08 and 20 kHz/ms. Multiunit recordings were used to map FM rate selectivity at depths between 250 and 450 μm across both primary auditory cortex (A1) and the anterior auditory field (AAF). In terms of functional organization of rate selectivity, three patterns were found. First, in both A1 and AAF, neurons clustered according to rate selectivity. Second, most (∼60%) AAF neurons were either fast-pass or band-pass selective. Most A1 neurons (∼72%) were slow-pass selective. This distribution supports the hypothesis that AAF is specialized for faster temporal processing than A1. Single-unit recordings (n = 223) from A1 and AAF show that the mouse auditory cortex is best poised to detect and discriminate a narrow range of sweep rates between 0.5 and 3 kHz/ms. Third, based on recordings obtained at different depths, neurons in the infragranular layers were less rate selective than neurons in the granular layers, suggesting FM processing undergoes changes within the cortical column. On average, there was very little direction selectivity in the mouse auditory cortex. There was also no correlation between characteristic frequency and direction selectivity. The narrow range of rate selectivity in the mouse cortex indicates that FM rate processing is a useful physiological marker for studying contributions of genetic and environmental factors in auditory system development, aging, and disease.