神経発振器の柔軟な位相ロックを介した音声セグメンテーションへのシナプスおよび固有の抑制電流の異なる寄与

現在の仮説は、音声のセグメンテーション、つまり、聴覚皮質のオシレーターの階層によって実行されるさらなる言語処理のための候補フレーズ、音節、および音素への音声ストリームのグループ化の最初の分割とグループ化が示唆されています。Theta（〜3-12 Hz）リズムは、位相ロックによって、音節境界をマークする繰り返し音響特徴まで重要な役割を果たします。準周波数が皮質のシータ周波数（〜1 Hzまで）を下回る可能性がある準骨髄入力への信頼できる同期には、基礎となる神経メカニズムが不明のままである「柔軟な」シータオシレーターが必要です。生物物理学的な計算モデルを使用して、神経発振器の位相ロックの柔軟性は、それらをペースで覆う過分極電流の種類に依存することがわかりました。シミュレートされた皮質シータオシレーターは、これらの入力が（i）スパイクと（ii）次の入力までさらにスパイクを遅らせるのに十分な外向き電流のその後の蓄積を引き起こしたときに、入力を遅くするために柔軟に位相ロックされました。位相ロックの最大の柔軟性は、同様のタイムスケールでシナプス電流によって複製されなかった内因性電流間の相乗的相互作用から生じました。位相ロックの柔軟性により、音声入力への同調が改善され、ミッドボーカリックチャネルで最適化され、ボーカリック核の識別を通じて音節のタイムスケールセグメンテーションをサポートしました。我々の結果は、シナプスおよび固有の阻害が、それぞれ神経発振器の周波数制限と柔軟性のない位相ロックに寄与することを示唆しています。それらの微分展開により、信頼できる内部記録から音声などの準規則的な感覚入力の適応セグメンテーションまで、ニューラルオシレーターが多様な役割を果たすことができます。

Current hypotheses suggest that speech segmentation-the initial division and grouping of the speech stream into candidate phrases, syllables, and phonemes for further linguistic processing-is executed by a hierarchy of oscillators in auditory cortex. Theta (∼3-12 Hz) rhythms play a key role by phase-locking to recurring acoustic features marking syllable boundaries. Reliable synchronization to quasi-rhythmic inputs, whose variable frequency can dip below cortical theta frequencies (down to ∼1 Hz), requires "flexible" theta oscillators whose underlying neuronal mechanisms remain unknown. Using biophysical computational models, we found that the flexibility of phase-locking in neural oscillators depended on the types of hyperpolarizing currents that paced them. Simulated cortical theta oscillators flexibly phase-locked to slow inputs when these inputs caused both (i) spiking and (ii) the subsequent buildup of outward current sufficient to delay further spiking until the next input. The greatest flexibility in phase-locking arose from a synergistic interaction between intrinsic currents that was not replicated by synaptic currents at similar timescales. Flexibility in phase-locking enabled improved entrainment to speech input, optimal at mid-vocalic channels, which in turn supported syllabic-timescale segmentation through identification of vocalic nuclei. Our results suggest that synaptic and intrinsic inhibition contribute to frequency-restricted and -flexible phase-locking in neural oscillators, respectively. Their differential deployment may enable neural oscillators to play diverse roles, from reliable internal clocking to adaptive segmentation of quasi-regular sensory inputs like speech.