近日，beat365官方网站、麥戈文腦科學研究所、北大-清華生命科學聯合中心方方課題組，在《Brain Stimulation》發表題為“Distinct roles of theta and gamma rhythms in inter-areal interaction in human visual cortex revealed by cortico-cortical evoked potentials”的研究論文。該研究首次發現，人腦gamma（30 – 60 Hz）和theta（4 – 8 Hz）神經振蕩分别調控了初級視皮層（V1）到V2/V3低級視皮層（lower visual cortex, LVC）及V1到高級視皮層（higher visual cortex, HVC）的功能連接。

哺乳動物和人的視皮層擁有精巧的層級構架，各層級腦區間功能連接奠定了視覺加工的基礎。神經振蕩是中樞神經系統中廣泛存在的一種節律性活動，長久以來被認為是腦區間功能連接的關鍵。不同類型的功能連接依賴不同頻率的神經振蕩。因此，V1 – LVC間的短距離交流和V1 – HVC間的長距離交流可能由不同頻率的神經振蕩推動，但這一假設目前仍缺乏有力證據。

為此，本研究創新性地采用了皮層-皮層誘發電位（Cortico-cortical evoked potential, CCEP）技術。在臨床上，CCEP是一種癫痫患者術前評估手段。醫生通過顱内電極向特定皮層區域施加微小的電流刺激，同時記錄其他區域的電刺激誘發電位，從而評估腦區間的連接情況。CCEP具有很高的時空分辨率，可對刺激腦區和記錄腦區實行精準定位，信号蘊含豐富的時頻信息，非常适合用于探究神經振蕩在視皮層網絡中的貢獻。

共有9名接受顱内立體腦電圖（stereo-electroencephalogram, SEEG）監測的患者參與了本項研究。研究者首先向被試呈現視覺刺激，根據sEEG反應鎖定了100個視覺響應的枕葉電極觸點。随後，通過對以上電極施加電流刺激并記錄誘發電位，研究者共獲得165組顯著的CCEP，包括V1-LVC和V1-HVC的前饋與反饋信号。

圖1. sEEG電極分布與CCEP方法示意。

對電刺激後100 – 500 ms時間窗進行分析發現，V1-LVC和V1-HVC的CCEP信号展現出截然不同的時頻特征。其中，在V1-LVC信号中，刺激誘發的能量變化主要集中在gamma頻帶，反饋方向的gamma顯著強于前饋方向。對應地，在V1-HVC信号中，能量變化出現在30 Hz以下的低頻頻帶，尤其存在顯著的前饋theta抑制和反饋theta增強。值得注意的是，本研究的電刺激沒有誘發被試的主觀視覺體驗，因此，上述結果可能反映阈限下的神經活動特性，其背後的神經機制還有待進一步研究探讨。

圖2. 主要研究結果。

本文第一作者為課題組已出站博士後羅路（現任北京體育大學心理學院講師），通訊作者為方方教授與王茜助理研究員。課題組博士生陳冠鵬、華東師範大學beat365博士李思齊、以及首都醫科大學三博腦科醫院王靜主治醫師做出重要貢獻。本研究獲得了科技創新2030-重大項目（2022ZD0204802，2022ZD0204804）、國家自然科學基金（31930053, 32171039）、以及北京智源人工智能研究院的資助。

Luo, L., Chen, G., Li, S., Wang, J., Wang, Q., & Fang, F. (2022). Distinct roles of theta and gamma rhythms in inter-areal interaction in human visual cortex revealed by cortico-cortical evoked potentials. Brain Stimulation, 15(5), 1048-1050. doi:10.1016/j.brs.2022.07.056 https://www.brainstimjrnl.com/article/S1935-861X(22)00172-3/fulltext

2022-08-14