Слухові клітини і підключені до них нейрони в ході індивідуального розвитку заздалегідь «уявляють» собі звуки, готуючись до того моменту, коли вуха почнуть чути по-справжньому.
Як відомо, звукова хвиля, потрапивши на барабанну перепонку, передається по системі слухових кісточок середнього вуха (молоточок, ковадло і стрімко) у внутрішнє вухо, заповнене рідиною. Звукові вібрації через цю рідину досягають кортієва органу і розташованих в ньому волоскових клітин, які, власне, і є слуховими рецепторами: вони перетворюють механічний сигнал на електричний нейронний імпульс.
Деякий час тому дослідники помітили дивний феномен: у перші дні життя мишей - і за відсутності будь-яких звуків - слухові волоскові клітини час від часу демонструють активність, збуджуючи відповідні нейрони і посилаючи сигнали в різні відділи звукового аналізатора мозку. Також було відомо, що одночасно зі слуховими «активничають» ще й особливі службові клітини, звані клітинами підтримки, і що тут не обходиться без молекул аденозинтрифосфату (АТФ), які, крім того, що служать для запасання енергії, можуть працювати ще й передавачами біохімічних сигналів.
Детально розшифрувати механізм самостійної активності слухових рецепторів спробували Дуайт Берглз (Dwight Bergles) і його колеги з Медичного інституту Джонса Хопкінса. Механізм, описаний у статті в Cell, виявився досить складним. Все починається з клітин підтримки, які викидають багато АТФ, діючого на рецептори на самих же клітинах підтримки - виходить, що вони стимулюють самі себе. Збуджені АТФ-рецептори перемикають кальцієві іонні канали «на вхід»: іншими словами, мембранні білки, що відповідають за транспорт кальцію, починають проводити його із зовнішнього середовища в клітинну цитоплазму. Підвищення рівня кальцію в клітці змушує вже інші, хлоридні іонні канали відкритися на вихід, і іони хлору відправляються з цитоплазми назовні. Слідом за ними назовні відправляються і іони калію, які збуджують волоскові клітини - від них сигнал передається нейронам.
Тобто вся описана чехарда з АТФ і різними іонами відбувається на клітинах підтримки, і все це потрібно для того, щоб підвищити рівень калію поруч з власне рецепторними клітинами. Спонтанна активність волоскових клітин, що передають «звукові» сигнали в мозок, спостерігається у гризунів в перші два тижні життя, коли їх вуха ще не чують (середнє вухо зі слуховими кісточками заповнене рідиною і звук не сприймає).
Навіщо потрібна така «репетиція»? За тим же, навіщо взагалі потрібне будь-яке тренування, тобто щоб підготуватися до справжньої роботи, в даному випадку - підготуватися до сприйняття реальних звуків. Такі спонтанні сигнали, які «уявляють» собі слухові рецептори, зміцнюють зв'язок між ними, нейронами і відповідними областями мозку. Зокрема, клітини можуть вчитися не плутати звуки різної висоти: відомо, що високі і низькі частоти сприймаються різними волосковими клітинами, і важливо, щоб сигнали від них йшли по правильних нейронах і приходили в правильні зони мозкового «звукового департаменту».
Хоча експерименти виконувалися на тваринах, схожий «аудіотренувальний» механізм, швидше за все, є і у людини. Більш того, автори роботи припускають, що деякі розлади слуху можуть бути пов'язані як з недостатньо активною «репетицією» слухових клітин під час розвитку мозку, так і з раптовим пробудженням таких сигналів вже в дорослому стані - наприклад, після травми. Скажімо, легко уявити, що нав'язливий дзвін у вухах, або тінітус, відбувається якраз через автономну активацію слухових рецепторів, так що подальше дослідження цієї системи має не тільки загальнофундаментальне, але і практичне значення.