运动的脑电波有助于检测难以看到的物体

运动的脑电波有助于检测难以看到的物体

索尔克科学家发现清醒大脑中帮助探测物体的神经波模式

拉霍亚—想象一下，你上班迟到了，拼命地寻找车钥匙。你已经在家里的每个角落都找遍了，但似乎在哪里都找不到。突然，你意识到你的钥匙一直就摆在你面前。你为什么直到现在才看到它们呢？

现在，由萨克研究所教授领导的一个萨克研究所科学家团队 约翰·雷诺兹 已揭示了物体感知背后神经机制的细节。研究发现，在清醒大脑的视觉系统中存在着一种被称为“行进脑电波”的神经信号模式，并且这种模式经过组织，能够让大脑感知微弱或难以看到的物体。这些研究发现发表在 自然 2020年10月7日.

“我们发现，如果将物体的显现与大脑行波同步，就能大大提高看到微弱物体的可能性。这些波实际上会增强感知灵敏度，因此在某些时刻，即使原本看不见的东西也能被看到，”雷诺兹说，他是该论文的高级作者，也是菲奥娜和桑杰·贾神经科学主席。 “事实证明，这些大脑行波是一个收集信息的过程，最终导致对物体的感知。”

科学家们研究了麻醉期间的脑波传播，但将这些脑波视为麻醉的产物。然而，雷诺兹的团队想知道这些脑波是否在清醒的视觉大脑区域存在，以及它们是否在感知中起作用。他们将视觉皮层的记录与最先进的计算技术相结合，使他们能够检测和追踪脑波的传播。.

“为了理解感知的神经机制，我们需要开发新的计算技术来实时追踪视觉皮层神经元的活动，”共同第一作者 Lyle Muller 说，他是加拿大安大略省西部大学应用数学系和大脑与心智研究所的 BrainsCAN 资助的助理教授，此前是索尔克研究所 Sejnowski 实验室的博士后研究员。“然后，我们利用这些计算方法来揭示神经系统中发生了哪些变化，从而突然实现了对物体的识别。”

科学家们记录了来自大脑中一个包含完整视觉世界图像的区域的神经元活动。然后，他们追踪了在视觉感知任务期间传播的脑电波的轨迹。科学家们将屏幕上的目标保持在可见阈值，因此观察者只能在 50% 的时间内检测到该物体，并记录了何时注意到该目标。由于目标没有改变，研究人员推断，观察者只有一半的时间能感知到该物体，这必然是由于大脑内部神经信号的某种变化。.

他们发现，大脑识别目标的能 力直接与其在视觉系统中生成的时间和位置有关：当行进波与刺激同步时，观察者更容易检测到目标。这些每秒发生几次的大脑行进波，类似于体育场里观众轮流起立举臂，然后放下手臂坐下的过程。研究团队认为，视觉系统似乎在主动感知外部环境。.

“大脑中存在着一种自发的活动水平，这种活动似乎是由这些行进波调节的，”索尔克教授说。 特伦斯·塞津诺维奇, ，该论文的作者和弗朗西斯·克里克主席。“我们认为这些波是围绕大脑传播的活动的产物，由局部神经元放电驱动。”

“我们每天的生活都认为自己看到了真实的世界，但实际上，我们的大脑正在填补那些难以看到的细节，”该论文的共同第一作者兼通讯作者、索尔克研究所雷诺兹实验室的博士后扎克·戴维斯说。“现在，我们发现了大脑如何将难以看到的信息编织在一起以感知一个物体。”

未来，科学家们计划研究这些脑电波在负责视觉的不同大脑区域之间是否协调一致。研究人员推测，脑电波可能作为一个在感官处理和由此产生的整体意识感知之间的“门”。.

Western University 的 Julio-Martinez Trujillo 也是该论文的作者之一。.

该研究得到了Dan和Martina Lewis生物光子学奖学金、Gatsby慈善基金会、Fiona和Sanjay Jha神经科学主席、加拿大健康研究院、Swartz基金会以及美国国立卫生研究院（R01-EY028723、T32 EY020503-06和T32 MH020002-16A）的资助。.

DOI: 10.1038/s41586-020-2802-y