脑电波在半球间传递视觉信号

摘要：一项新研究揭示了大脑在物体穿过视野时如何统一两个半球的视觉。研究人员追踪神经冲动和脑电波频率，发现不同的波形能预测、执行并确认信息从一个半球传递到另一个半球。伽马波和贝塔波负责感觉编码，而阿尔法波在传递前增强，西塔波在传递后达到峰值，表明传递完成。这些结果表明，感知并非简单地从一个半球重置到另一个半球，而是经过积极协调的，这为自闭症、精神分裂症和诵读困难等病症提供了新见解。

关键事实

• 波的协调：伽马波和贝塔波编码感觉信息；阿尔法波和西塔波协调传递。
• 无缝感知：在传递完成前，两个半球会临时共享物体数据。
• 临床见解：研究结果可能解释神经疾病中半球间协调失败的原因。

来源：麻省理工学院皮考尔研究所

大脑将视觉处理划分在两个半球——你左边的景象由右半球处理，反之亦然——但你看到的每一辆自行车或每一只鸟飞驰而过时，你的体验却是无缝的。麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所的神经科学家进行的一项新研究揭示了大脑如何处理这种转换。

当受试者首次看向屏幕以及两个物体出现时，编码感觉信息的最高频率“伽马”波在两个半球均达到峰值。

皮考尔研究所及麻省理工学院脑与认知科学系的皮考尔教授厄尔·K·米勒表示：“有些人听到半球间存在一定独立性会感到惊讶，因为这与我们对现实的感知并不相符。在我们的意识中，一切似乎都是统一的。”

米勒和其他研究人员发现，在大脑两侧分别处理视觉有其优势，比如能够同时追踪更多事物，但神经科学家一直渴望全面了解为何最终感知能如此统一。

由皮考尔博士后研究员马修·布罗沙德和研究科学家杰斐逊·罗伊带领，研究团队在动物追踪物体穿过视野时测量其大脑中的神经活动。

结果显示，不同频率的脑电波在物体穿过前对信息进行编码并从一个半球传递到另一个半球，然后在两个半球中保留物体表征直至穿过完成。

这个过程类似于接力赛跑者交接接力棒、孩子从一个单杠荡到另一个单杠，以及当火车乘客经过时手机信号塔将通话从一个转接至另一个。在所有这些情况中，两个信号塔或双手都会积极握住正在传递的东西，直到交接得到确认。

见证交接 为进行这项发表在《神经科学杂志》上的研究，研究人员测量了单个神经元的电脉冲以及由许多神经元的协同活动产生的各种脑电波频率。他们研究了两个半球的背侧和腹外侧前额叶皮层，这些脑区与大脑的执行功能相关。

每个半球中波频率的功率波动清晰地向研究人员展示了，每当目标物体穿过视野中间时，受试者的大脑是如何将信息从“发送”半球传递到“接收”半球的。

在实验中，目标物体在屏幕另一侧伴有一个干扰物体，以确认受试者是有意识地关注目标物体的运动，而不仅仅是随意瞥一眼屏幕上出现的任何东西。

当受试者首次看向屏幕以及两个物体出现时，编码感觉信息的最高频率“伽马”波在两个半球均达到峰值。当颜色变化表明哪个物体是要追踪的目标时，伽马波的增强只在“发送”半球（与目标物体相对的一侧）明显，正如预期的那样。

与此同时，频率稍低的“贝塔”波的功率，其调节伽马波何时活跃，与伽马波呈反比变化。与背外侧位置相比，这些感觉编码动态在腹外侧位置更强。

与此同时，两个不同频段的低频波在与实现交接相关的关键时刻，在背外侧位置显示出更大的功率。在目标物体穿过视野中间前约四分之一秒，“阿尔法”波在两个半球增强，然后在物体穿过后达到峰值。与此同时，“西塔”波段波在穿过完成后达到峰值，且只在“接收”半球（与目标的新位置相对）。

伴随着波峰模式，神经元脉冲数据显示了大脑中目标位置的表征是如何移动的。使用解码软件，该软件能解读脉冲代表的信息，研究人员可以看到当目标首次由颜色变化提示时，目标表征在发送半球的腹外侧位置出现。

然后他们可以看到，当目标接近视野中间时，接收半球与发送半球一起表征该物体，以便它们在传递过程中都对信息进行编码。

综合来看，结果表明，在发送半球最初通过贝塔波和伽马波的腹外侧相互作用对目标进行编码后，阿尔法波在背外侧增强，使接收半球通过镜像发送半球对目标信息的编码来预测交接。

阿尔法波在目标穿过视野中间后立即达到峰值，当交接完成时，西塔波在接收半球达到峰值，仿佛在说“我接收到了”。

而在目标从未穿过视野中间的试验中，这些交接动态在测量中并不明显。

该研究表明，大脑并非简单地在一个半球追踪物体，然后当它们进入另一个半球的视野时重新获取它们。

“这些结果表明，大脑中存在在两个大脑半球之间传递信息的主动机制，”作者写道，“大脑似乎在预测传递并确认其完成。”

但他们也基于其他研究指出，半球间协调系统在某些神经疾病中，包括精神分裂症、自闭症、抑郁症、诵读困难和多发性硬化症，有时似乎会失效。这项新研究可能有助于深入了解其成功所需的具体动态。

除了布罗沙德、罗伊和米勒，论文的其他作者还有斯科特·布林卡特和梅雷迪思·曼克。

资金：该研究的资金来自美国海军研究办公室、美国国立卫生研究院国家眼科研究所、自由团结基金会和皮考尔学习与记忆研究所。

作者：大卫·奥伦斯坦

来源：麻省理工学院皮考尔研究所

联系方式：大卫·奥伦斯坦——麻省理工学院皮考尔研究所

图片：图片来源为神经科学新闻

追踪目标时半球间主动交接的证据 这就引出了大脑半球如何协调以在它们之间传递信息的问题。 贝塔（15 - 30赫兹）功率、伽马（30 - 80赫兹）功率和脉冲信息反映了对目标的感觉处理。 具体而言，阿尔法功率和脉冲信息在预期半视野交叉时增强。西塔功率在交叉后达到峰值，表明其完成。 这种“握手”操作对于最小化信息损失可能至关重要，就像移动信号塔在它们之间转接呼叫时进行握手一样。