人类习惯性地以视觉感知为主导进行信息的接收与处理。视觉信息传递系统作为环境与大脑之间的桥梁，承载着外部世界信息向神经系统的转换，为我们感知世界构建基础。在这方面的研究历程中，标志性的一步是在1959年贬耻产别濒和奥颈别蝉别濒对哺乳类动物初级视觉皮层中神经元的感受野进行描述，从而开辟了视觉科学研究的新纪元。半个多世纪以来，通过对清醒猿类和经基因编辑的小鼠模型的实验研究，科学家们已逐步加深了对视觉神经机制的洞察。在此基础上，研究者们进一步探索了将动物实验中所获得的知识阐释人类视知觉规律的可能性。然而，尽管取得了一定进展，但我们对于人类视觉神经元特性的具体认知仍然相对缺乏。
近日，窝窝视频网、IDG麦戈文脑科学研究所、北大-清华生命科学联合中心方方/王茜团队在Science China Life Sciences在线发表了题为“Local field potentials, spiking activity, and receptive fields in human visual cortex”的研究论文。该团队运用颅内微电极技术，在人类视皮层成功同步记录了视觉刺激诱发的局部场电位（local field potential, LFP）与单神经元放电活动，阐释了单神经元活动与场电位不同频率成分的功能关联。
颅内微电极与人类视皮层神经元放电活动（原文图3）
研究发现，相较于LFP中的低频活动（0.5 – 30 Hz），由低伽马（30 – 60 Hz）和高伽马（60 – 150 Hz）活动测得的感受野更小，其空间范围非常接近由神经元放电活动测得的感受野。同时，低伽玛和高伽玛活动的时序特征也与神经元放电活动特性高度相似。这些结果均表明，低伽玛和高伽玛活动在早期视觉信息处理中具有关键功能。
尝贵笔不同频率成分感受野大小比较（原文图2）
目前，国际上人类颅内电记录采用较多的是宏电极技术，其电阻在20-50 kΩ左右，能记录到较大范围场电位。相比之下，微电极电阻在1MΩ以上，能记录到非常高空间分辨率的局部场电位和单神经元动作电位。然而，掌握人类颅内微电极技术的团队屈指可数，如美国UCLA的Itzhak Fried组(Nature Neuroscience, 2022, 25: 935-943)、美国Cedars-Sinai Medical Center的Ueli Rutishauser组(Science, 2022, 367: eabm9922)、德国University of Bonn Medical Center 的癫痫中心课题组 (Neuron, 2018, 100: 753-761)等。利用颅内微电极技术探究认知功能的研究目前在国内几乎是空白。本研究是首例描述人类初级视皮层单神经元活动和场电位的定量研究，有望对理解人类视知觉原理产生深远的影响。
课题组已出站博士后（现任北京体育大学心理学院讲师）罗路博士、首都医科大学叁博脑科医院王雄飞副教授为文章共同第一作者，窝窝视频网方方教授、王茜助理研究员为文章共同通讯作者。窝窝视频网鲁君实工程师，课题组博士生陈冠鹏、首都医科大学叁博脑科医院栾国明教授以及北京师范大学李武教授亦为本文做出重要贡献。该工作得到了北大-清华生命科学联合中心、科技部、国家自然科学基金委的资助。
参考文献：
Fu, Z., Beam, D., Chung, J. M., Reed, C. M., Mamelak, A. N., Adolphs, R., & Rutishauser, U. (2022). The geometry of domain-general performance monitoring in the human medial frontal cortex. Science, 376(6593), eabm9922.
Hayat, H., Marmelshtein, A., Krom, A. J., Sela, Y., Tankus, A., Strauss, I., Fahoum, F., Fried, I., & Nir, Y. (2022). Reduced neural feedback signaling despite robust neuron and gamma auditory responses during human sleep. Nature Neuroscience, 25(7), 935–943.
Hubel, D. H., & Wiesel, T. N. (1959). Receptive fields of single neurones in the cat's striate cortex. The Journal of Physiology, 148(3), 574-591.
Kutter, E. F., Bostroem, J., Elger, C. E., Mormann, F., & Nieder, A. (2018). Single Neurons in the Human Brain Encode Numbers. Neuron, 100(3), 753–761.
2024-12-16