大脑皮层内神经元放电与高频伽马波活动的分离现象

本文研究了大脑皮层高伽马波活动（HGA，指局部场电位中70–300 Hz频段的功率）的物理来源。长期以来，科学界对HGA的产生机制存在两种主流假说：一是它主要反映电极附近神经元动作电位（即“放电”）的总和；二是它主要反映突触后电位（PSP）的总和。前者意味着离电极最近的神经元对HGA贡献最大；后者则意味着当大范围神经元同步放电时，它们在局部（如电极附近）引发的同步突触反应会叠加产生强HGA。为验证这两种假说，研究人员训练猕猴（恒河猴）使用脑机接口（BMI），主动将同一电极记录到的HGA信号与该电极的放电率信号“解耦”——即独立调控二者。结果发现，猴子能在几天内熟练做到这一点，说明HGA与局部放电并非简单等同。进一步分析显示，HGA并不主要与电极附近的单个神经元放电相关，而是与分布在数毫米皮层范围内的大量神经元群体的同步放电（称为“共发放”，co-firing）高度相关。更重要的是，那些对“共发放”贡献更大的神经元，其放电也更早、更强地触发了HGA信号，且该触发延迟（约12.5毫秒）与突触前放电引发突触后电位的时间吻合。综合所有证据，研究得出结论：HGA的主要物理来源是电极附近神经元胞体或树突上由远距离同步放电所诱发的、叠加起来的突触后电位，而非放电本身“泄露”到高频段的信号。这一结论不仅解释了为何HGA能稳定编码运动等信息（因其依赖同步性而非单个神经元活性），也为脑机接口提供了更鲁棒的控制信号依据。