近日，中國科學院西安光機所生物醫(yī)學光譜實驗室在信號處理與神經(jīng)科學交叉研究領域取得進展。相關成果發(fā)表于NeuroImage。論文第一作者為西安光機所博士生田紫薇，通訊作者為西安光機所王荃研究員和中南大學湘雅醫(yī)院馮莉教授。西安光機所為第一完成單位。
研究聚焦人類視覺行為的兩種基本認知狀態(tài)——第一次看到新事物時的“探索”，以及再次看向熟悉內(nèi)容時的“回訪”。這兩種狀態(tài)分別對應新信息的獲取和對已有知識的鞏固，其失衡與阿爾茨海默病、注意缺陷障礙等神經(jīng)精神疾病密切相關。然而，大腦如何在數(shù)百毫秒的注視時間內(nèi)實現(xiàn)狀態(tài)切換，此前尚不明確。
顱內(nèi)腦電圖（iEEG）技術可直接記錄大腦深部的神經(jīng)電活動，這是目前人類能夠獲取的最高時空精度的神經(jīng)信號之一。高精度眼動追蹤（Eye tracking）可以實時捕捉患者每一瞬間在看什么、怎么看。研究團隊將兩項技術同步結合，首次在單次注視水平上解析了海馬體與額葉眼動區(qū)的動態(tài)協(xié)同機制。結果顯示：當探索新信息時，海馬體在注視前數(shù)百毫秒即提前激活，進入“預備注意”狀態(tài)，額葉眼動區(qū)則在注視后迅速響應以維持關注；當回訪熟悉內(nèi)容時，海馬體自動切換至“記憶提取”模式，引導眼睛精準回看，隨后進入“記憶鞏固”狀態(tài)。整個過程伴隨兩個腦區(qū)間的實時協(xié)同通信。
圖：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)作機制
研究揭示了注意力與記憶系統(tǒng)在視覺采樣中的精細分工與協(xié)同機制，也為基于腦機接口的閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控治療提供了全新的理論依據(jù)。
當前正值“十五五”健康中國建設關鍵期，腦機接口正從單向解碼邁向閉環(huán)調(diào)控，該研究成果有望推動神經(jīng)精神疾病的精準干預：如針對阿爾茨海默病患者的記憶障礙，可在檢測到海馬體特定活動模式時自動觸發(fā)刺激；針對注意缺陷患者，可在注意力下降前啟動靶向調(diào)控，為臨床診療提供新的技術路徑。
