On the role of the auditory critical bands in effects of stimulus-specific adaptation in the activity of primary auditory cortex neurons in awake mice

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The neurophysiological effects of stimulus-specific adaptation in the single neurons’ activity in the primary fields of the awake house mice auditory cortex were firstly studied. While adaptation of neuronal responses to sound sequences consisting of four identical tones, the time intervals between which were selected so as to be similar to the temporal structure of series of mouse pups wriggling call, adult females were stimulated by a fifth tone signal, the frequency of which differed from the frequency of the first four tone pulses in the series. The presentation of deviant tone led to a complete or partial neuronal responses recovery from adaptation in responses to the fifth component of the sequence, i.e. the response to the fifth tone was stronger than ones to the 2nd – 4th signals. Localization of the frequencies of main tonal sequence components and of the deviant one in two different non-overlapping critical bands of mouse hearing was followed by the most prominent effect of release from stimulus-specific adaptation. Thus, the critical band mechanism is involved in facilitating of the novelty responses of auditory neurons in the midbrain and auditory cortex.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. A. Egorova

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ema6913@yandex.ru
Russian Federation, 44, M. Torez Ave., Saint Petersburg, 194223

A. G. Akimov

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ema6913@yandex.ru
Russian Federation, 44, M. Torez Ave., Saint Petersburg, 194223

G. D. Khorunzhy

Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ema6913@yandex.ru
Russian Federation, 44, M. Torez Ave., Saint Petersburg, 194223

References

  1. Akimov A.G. Encoding of Pups’ wriggling call models by neuronal population of midbrain inferior colliculus central nucleus in house mouse (Mus musculus). J. Evol. Biochem. Physiol. 2013. V. 49. P. 365–369. doi: 10.1134/S0022093013030122
  2. Vartanian I.A., Egorova M.A. Fenomen kriticheskih polos [The critical bands phenomenon]. Biofizika sensornyh system. Uchebnoye posobie [Biophysics of sensory systems. A textbook]. Samoilov V.O. (edr). St. Petersburg. Polytechnic University press. 2007. pp. 165–186 (in Russian).
  3. Vartanian I.A., Egorova M.A., Ehret G. Proyavlenie osnovnyh svoistv criticheskih polos v neironalnoy aktivnosti zadnih holmov myshi [Critical bands properties in the mouse inferior colliculus neurons activity]. Doklady Akademii nauk [Proceedings of the Academy of sciences]. 1999. V. 368(2). P. 270–272 (in Russian).
  4. Egorova M.A., Vartanian I.A., Ehret G. Neirofiziologicheskie predposylki slukhovyh criticheskih polos na urovne srednego mozga [Neurophysiological bases of auditory critical bands on the midbrain level]. Sensornye sistemy [Sensory systems]. 2002. V. 16. P. 3–12 (in Russian).
  5. Egorova M.A., Akimov A.G., Khorunzhii G.D. Proyavleniaya stimul-specificheskoi adaptacii v reakciyah neironov sluhovoy kory bodrstvuyuschih myshei na modeli posledovatelnostei krika diskomforta myshat [Effects of stimulus-specific adaptation in the responses of primary auditory cortex neurons in awake mice using the model of mouse pups wriggling call sequences]. Integrativnaya fiziologiya [Integrative Physiology]. 2024. V. 5(3). P. doi: 10.33910/2687-1270-2024-5-3-**-** (in Russian).
  6. Malinina E.S., Egorova M.A. Akimov A.G. Neurophysiological approaches to studying the functional role of auditory critical bands. J. Evol. Biochem. Physiol. 2015. V. 51. P. 401–411. doi: 10.1134/S0022093015050063
  7. Malinina E.S., Egorova M.A., Khorunzhii G.D., Akimov A.G. The time scale of adaptation in tonal sequence processing by the mouse auditory midbrain neurons. Doklady Biological Sciences. 2016. V. 470(1). P. 209–213. doi: 10.1134/S001249661605001X
  8. Khorunzhii G.D., Egorova M.A. Neurophysiological Approaches for Temporal Sound Analysis in the Mouse Auditory Midbrain Neurons. J.Evol. Biochem. Physiol. 2023. V. 59(2). P. 433–445. doi: 10.1134/S0022093023020114
  9. Egorova M.A. Frequency selectivity of neurons of the primary auditory field (A1) and anterior auditory field (AAF) in the auditory cortex of the house mouse (Mus musculus). J. Evol. Biochem. Physiol. 2005. V 41(4). P. 476–480.
  10. Egorova M., Ehret G. Tonotopy and inhibition in the midbrain inferior colliculus shape spectral resolution of sounds in neural critical bands. Europ. J. Neurosci. 2008. V. 28(4). P. 675–692. doi: 10.1111/j.1460-9568.2008.06376.x
  11. Egorova M.A., Akimov A.G. Khorunzhii G.D. Time Scale of Adaptation at the Tonal Sequence Processing in the Awake Mice Auditory Cortex Neurons. J. Evol. Biochem. Physiol. 2024. V. 60. P. 332–341 doi: 10.1134/S0022093024010241
  12. Ehret G. Hearing in the mouse. The Comparative Psychology of Audition: Perceiving Complex Sounds. Eds: Dooling R.J., Hulse S.H. 1989. New York, NY. Lawrence Erlbaum. P. 3–32.
  13. Ehret G. Preadaptations in the auditory system of mammals for phoneme perception. The Auditory Processing of Speech. From Sounds to Words. Berlin: de Gruyter. 1992. P. 99—112.
  14. Ehret G., Riecke S. Mice and humans perceive multiharmonic communication sounds in the same way. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2002. V. 99(1). P. 479–482. doi: 10.1073/pnas.012361999
  15. Ehret G., Schreiner C. Frequency resolution and spectral integration (critical band analysis) in single units of the cat primary auditory cortex. J. Comp. Physiol. A. 1997. V. 181. P. 635–650 doi: 10.1007/s003590050146
  16. Fletcher H. Auditory patterns. Reviews of modern physics. 1940. V. 12(1). P. 47.
  17. Gaub S., Ehret G. Grouping in auditory temporal perception and vocal production is mutually adapted: the case of wriggling calls of mice. J. Comp. Physiol. A. 2005. V. 191. P. 1131–1135 doi: 10.1007/s00359-005-0036-y
  18. Moore B.C.J. An Introduction to the Psychology of Hearing. London: Academic press. 1982.
  19. Scharf B. Critical bands. Foundations of modern auditory theory, volume I. Edr Tobias J.V. 1970. New York: Academic Press. P. 159–202.
  20. Sidman R.L., Angevine J.B., Pierce E.T. Atlas of the mouse brain and spinal cord. 1971. Boston: Harvard University Press.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Examples of release from stimulus-specific adaptation of the responses of four neurons of the primary auditory cortex of the awake mouse (a-d). At the top of the figure: the frequency receptive field of the neuron. The height of each column of the diagram is proportional to the number of spikes in the neuron's response. The arrows indicate the location of the tested series in the receptive field of the neuron. In the lower part of the figure: dependence of the magnitude of the response of the same neurons to the 5th tone in the series on its frequency. The neuron's response value (number of spikes) is normalised relative to its response to the 4th tone in the series, i.e. it is equal to the ratio of the number of spikes in the neuron's response to the 5th tone to the number of spikes in the response to the 4th tone. The dotted lines indicate the approximate low-frequency and high-frequency boundaries of the critical hearing bands of the mouse.

Download (220KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Normalised values of the responses of all neurons studied to the 5th tone in the series as a function of its frequency. The magnitude of neuron responses (number of spikes) is normalised relative to their responses to the 4th tone in the series. Dotted lines indicate approximate low-frequency and high-frequency boundaries of the critical hearing bands of the mouse. * - p < 0.01; ** - p < 0.05 - ANOVA on ranks, Dunn's test. N = 53.

Download (50KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».