近日，中國科學(xué)院某研究團(tuán)隊(duì)在信號(hào)處理與神經(jīng)科學(xué)交叉研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過結(jié)合顱內(nèi)腦電圖與高精度眼動(dòng)追蹤這兩項(xiàng)技術(shù)，首次在單次注視的時(shí)間尺度上，解析了人腦在處理新信息與熟悉信息時(shí)，海馬體與額葉眼動(dòng)區(qū)的動(dòng)態(tài)協(xié)同機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于《神經(jīng)影像》。

人注視時(shí)，存在兩種基本認(rèn)知狀態(tài)：第一次看到新事物時(shí)的“探索”，以及再次看向熟悉事物時(shí)的“回訪”。前者對應(yīng)新信息的獲取，后者則涉及已有知識(shí)的鞏固。這兩種狀態(tài)的失衡，與多種神經(jīng)精神疾病密切相關(guān)。然而，大腦如何在數(shù)百毫秒的注視時(shí)間內(nèi)完成這兩種狀態(tài)的切換，此前尚不明確。

實(shí)驗(yàn)示意圖

為破解這一奧秘，團(tuán)隊(duì)利用了兩項(xiàng)技術(shù)。一是顱內(nèi)腦電圖，該技術(shù)可直接記錄大腦深處的神經(jīng)電活動(dòng)，是目前人類能獲取的時(shí)空精度最高的神經(jīng)信號(hào)之一；二是高精度眼動(dòng)追蹤，可實(shí)時(shí)捕捉人每一瞬間在看什么、怎么看。

“通過將這兩項(xiàng)高精度技術(shù)結(jié)合，我們就能知道：當(dāng)人的眼睛看向某個(gè)事物的那一瞬間，大腦里哪個(gè)區(qū)域在干什么?！眻F(tuán)隊(duì)成員、論文第一作者田紫薇介紹，“我們重點(diǎn)關(guān)注兩個(gè)區(qū)域：負(fù)責(zé)記憶的海馬體、負(fù)責(zé)注意力與眼動(dòng)控制的額葉眼動(dòng)區(qū)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它們的分工非常清晰?！?/p>

探索（左列）和回訪（右列）行為背后的注意力與記憶系統(tǒng)分工協(xié)作

當(dāng)人探索新信息時(shí)，在注視開始前的幾百毫秒，海馬體就已經(jīng)提前“預(yù)熱”，進(jìn)入一種“預(yù)備注意”狀態(tài)，像是在說“有新情況，準(zhǔn)備記錄”；等開始注視后，額葉眼動(dòng)區(qū)迅速響應(yīng)，并維持關(guān)注。當(dāng)人回訪熟悉信息時(shí)，海馬體會(huì)首先快速提取記憶，引導(dǎo)眼睛精準(zhǔn)地回看那個(gè)熟悉的目標(biāo)，看完之后緊接著進(jìn)入“鞏固記憶”的狀態(tài)。整個(gè)過程，兩個(gè)腦區(qū)一直在實(shí)時(shí)“通話”，協(xié)同配合。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了注意力與記憶系統(tǒng)在視覺行為中的精細(xì)分工與協(xié)同機(jī)制，也為基于腦機(jī)接口的閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控治療提供了新的理論依據(jù)。該團(tuán)隊(duì)正以此為基礎(chǔ)，著手構(gòu)建面向記憶改善的閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng)，力求實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)精準(zhǔn)調(diào)控。

“當(dāng)前，腦機(jī)接口技術(shù)正在從‘讀懂大腦’走向‘調(diào)控大腦’。這項(xiàng)研究有望推動(dòng)神經(jīng)精神疾病的精準(zhǔn)干預(yù)：針對阿爾茨海默病患者的記憶障礙，可以在檢測到海馬體活動(dòng)模式異常、記憶提取失敗時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)一個(gè)電刺激，幫大腦‘推一把’；針對注意力缺陷障礙患者，可以在注意力即將下降之前，提前啟動(dòng)靶向調(diào)控，防止走神。”田紫薇進(jìn)一步解釋。

來源：陜西日報(bào)、中國科學(xué)院西安光機(jī)所

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811926001552?via%3Dihub

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