Israëlische wetenschappers ontdekken dat muizen snorharen gebruiken om te 'horen'

Foto media

Onderzoekers van het Weizmann Institute gebruiken AI-modellen om aan te tonen dat muizen door middel van 'snorren' geluiden kunnen genereren die, gecodeerd in de auditieve cortex van hun hersenen, hen helpen bij het navigeren.

Terwijl ze 's nachts ronddwalen, bewegen muizen hun snorharen en strijken ze ermee langs objecten om ze te kunnen detecteren en identificeren.

Gedurende de afgelopen decennia beschouwden wetenschappers dit gedrag, bekend als 'whispen', puur als een aanrakingshandeling.

Onderzoekers van het Weizmann Institute of Science hebben ontdekt dat subtiele geluiden worden geproduceerd door de bewegingen van de snorharen van een muis. Deze geluiden worden vervolgens opgepikt door de oren van de muis en verwerkt in de auditieve cortex. Muizen kunnen deze geluiden gebruiken om hun tastzin te verbeteren en hun waarneming van de omgeving te verbeteren.

Dr. Ben Efron (links), Dr. Yonatan Katz, Prof. Ilan Lampl en Dr. Athanasios Ntelezos van de afdeling Hersenwetenschappen van het Weizmann Institute of Science bestuderen het vermogen van muizen om via hun snorharen te horen. (Foto van Efron, met dank aan/Ben Efron. Foto Weizmann Institute

"Muizensnorharen zijn zo delicaat dat niemand eraan gedacht heeft om te controleren of ze geluiden produceren die muizen kunnen horen", aldus prof. Ilan Lampl van de afdeling Hersenwetenschappen van Weizmann, die de studie leidde met hoofdonderzoeker dr. Ben Efron, destijds promovendus, dr. Athanasios Ntelezos en dr. Yonatan Katz, allen afkomstig uit Weizmann.

"We hebben er veel naar gezocht, maar geen enkel artikel vermeldde deze mogelijkheid", aldus Lampl.

Hun bevindingen, onlangs gepubliceerd in Current Biology , bieden een uniek inkijkje in de complexiteit van natuurlijke perceptie, waarbij doorgaans input van meerdere zintuigen betrokken is in dit geval tastzin en gehoor.

Volgens de wetenschappers kunnen de principes van hun onderzoek worden toegepast om slechtziende mensen te helpen onderscheid te maken tussen verschillende geluiden of om robotica te ontwerpen waarmee sensoren voor vroegtijdige waarschuwing kunnen worden gemaakt bij beperkt zicht.

Tijdens een telefoongesprek vertelden Lampl, Efron en Ntelezos over hun onderzoek.

Ze hielden zich bezig met het sensorische systeem van de muis en onderzochten verschillende aspecten van de cortex, de buitenste laag van de hersenen die functies als denken, emotie, geheugen en taal verwerkt.

In hun werk kijken de onderzoekers naar de integratie van verschillende zintuigen en hoe informatie tussen de zintuigen wordt gedeeld.

In het dagelijks leven combineren mensen vaak twee zintuigen zonder erbij na te denken, aldus Lampl. Zo schudden ze bijvoorbeeld een plastic fles om te horen hoeveel water er nog in zit, of luisteren ze naar het geritsel van een chocoladereep onderin een zak.

"We begonnen na te denken over welke andere sensorische systemen we zouden kunnen combineren", zei Efron.

Gevoelens die muizen ontwikkelen, hebben zich mogelijk in de loop van de evolutie ontwikkeld om prooien te jagen of roofdieren te vermijden.

"Een mogelijkheid is dat ze hun snorharen gebruiken om te bepalen of zaden massief of hol zijn", zei Lampl. "Om detectie door roofdieren zoals uilen te vermijden, kiezen ze er misschien voor om een ​​veld met groen gras over te steken in plaats van droog stro."

De onderzoekers gebruikten gevoelige microfoons die ultrasone frequenties kunnen registreren, die buiten het bereik van het menselijk gehoor liggen. Ze plaatsten de microfoons op ongeveer 2 centimeter afstand van de geluidsbron, ongeveer dezelfde afstand als de snorharen van de muis tot zijn oren.

De snorharen van muizen zijn bij de basis ongeveer net zo dik als menselijk haar. Naar het uiteinde toe worden ze dunner, waardoor ze geluiden kunnen maken.

De onderzoekers begonnen met het opnemen van de geluiden die snorharen maakten toen ze verschillende oppervlakken onderzochten, waaronder gedroogde bougainvilleabladeren en aluminiumfolie. Ze zeiden dat ze de folie gebruikten omdat het een "duidelijk" geluid maakte.

Ze plaatsten elektroden in de hersenen van muizen om de activiteit van neuronen te meten en vroegen zich af of de hersenen van muizen zouden reageren op de geluiden.

De onderzoekers waren verrast toen ze zagen dat er een aanzienlijke activering van neuronen in de auditieve cortex plaatsvond wanneer de muizen met hun snorharen langs de voorwerpen streek.

Volgens Efron suggereerde dit dat muizen de geluiden die door de snorharen werden geactiveerd, ‘echt konden horen’.

Hij zei echter dat de wetenschappers er zeker van moesten zijn dat de activering van de neuronen niet het gevolg was van informatie afkomstig van de tastzin van de snorharen.

Foto Weizmann Instituut

Alle sensorische informatie die muizen ontvangen, gaat via hun snorhaarfollikels via één enkele zenuw naar hun hersenen. Nadat deze zenuw was doorgesneden, reageerde de auditieve cortex van de muizen nog steeds op de geluiden.

De onderzoekers ontwikkelden een machine learning-model op basis van kunstmatige intelligentie (AI) dat werd geleerd om objecten te identificeren op basis van de collectieve neurale activiteit die werd geregistreerd in de auditieve cortex van de muizen.

Vervolgens trainden de wetenschappers een ander machine learning-model om objecten te identificeren op basis van de geluiden die de snorharen van de muizen maakten. Deze twee modellen bevestigden dat "het echt het geluid is dat de neuronale activiteit aanstuurt", aldus Efron.

De resultaten van het onderzoek kunnen een hulpmiddel zijn voor mensen met een visuele beperking die met een witte stok door de omgeving navigeren.

"Witte stokken geven mensen niet alleen tastzin om te bepalen op wat voor soort vloer ze lopen, maar het geluid geeft ook informatie over of het beton of hout is", aldus Lampl. "Het gesuis van muizen kan ons inzicht in onze zintuigen vergroten."