普林斯頓最新Neuron：高階丘腦“爆發(fā)”放電直接驅(qū)動注意力控制

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基本信息

Title:Higher-order thalamic bursts are drivers of attention control

發(fā)表時間:2026-06-26

發(fā)表期刊:Neuron

影響因子:16.9

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研究背景

長期以來，丘腦常被視作將感覺信息傳遞至大腦皮層的簡單“中繼站”。然而，越來越多的解剖學(xué)和功能證據(jù)表明，高階丘腦核團(tuán)（如丘腦枕，pulvinar）在認(rèn)知行為中扮演著遠(yuǎn)比中繼更為復(fù)雜的角色。

與初級丘腦不同，高階丘腦神經(jīng)元極易從常規(guī)的持續(xù)放電（tonic spiking）切換到快速的簇狀放電（bursts）。在初級感覺丘腦中，這種“爆發(fā)”通常被認(rèn)為是一種自下而上的“喚醒呼叫”（wake-up call），用于在長時間沉寂后快速響應(yīng)突發(fā)刺激。然而，在清醒且積極參與認(rèn)知任務(wù)的靈長類動物中，高階丘腦的簇狀放電究竟起什么作用？它們是否直接參與了內(nèi)源性的認(rèn)知控制？這一問題一直缺乏實(shí)證檢驗(yàn)。

為了填補(bǔ)這一空白，普林斯頓大學(xué) Sabine Kastner 團(tuán)隊(duì)在獼猴執(zhí)行空間注意任務(wù)時，同步記錄了丘腦枕和頂葉皮層（LIP）的神經(jīng)活動，并結(jié)合微電刺激（EMS）技術(shù)，試圖揭示丘腦枕的簇狀放電如何影響皮層信息處理并最終驅(qū)動注意力行為。

研究核心總結(jié)

一、丘腦枕的簇狀放電直接參與持續(xù)的注意力分配與目標(biāo)選擇

研究者首先發(fā)現(xiàn)，高階丘腦的簇狀放電并非僅在睡眠或被動狀態(tài)下出現(xiàn)，而是受到任務(wù)參與度的強(qiáng)烈調(diào)節(jié)。當(dāng)獼猴將注意力集中在空間線索提示的位置（感受野內(nèi)）時，丘腦枕神經(jīng)元的簇狀放電顯著增加。

更關(guān)鍵的是，這種爆發(fā)與動物的行為表現(xiàn)緊密相關(guān)。在目標(biāo)出現(xiàn)前 100 毫秒，命中（hit）試驗(yàn)中的丘腦枕簇狀放電頻率明顯高于漏報（miss）試驗(yàn)。這表明，高階丘腦的爆發(fā)不僅是對外部刺激的被動響應(yīng)，更是內(nèi)源性注意力維持和目標(biāo)選擇的功能性標(biāo)志。

Fig 1. 獼猴執(zhí)行空間注意任務(wù)的行為表現(xiàn)，以及丘腦枕與頂葉皮層（LIP）同步記錄的實(shí)驗(yàn)設(shè)計。

Fig 2. 丘腦枕神經(jīng)元的簇狀放電在注意力集中時增強(qiáng)，并能在時間上精準(zhǔn)預(yù)測獼猴對目標(biāo)的成功檢測。

丘腦的爆發(fā)信號如何影響皮層網(wǎng)絡(luò)？研究者訓(xùn)練了線性分類器來解碼皮層群體活動中的空間位置信息。結(jié)果顯示，丘腦枕神經(jīng)元的放電能夠?qū)㈨斎~皮層（LIP）的群體表征“拉向”丘腦枕神經(jīng)元所對應(yīng)的空間感受野。

值得注意的是，相比于普通的持續(xù)放電（tonic spikes），丘腦枕的簇狀放電對皮層群體編碼產(chǎn)生的偏置效應(yīng)要強(qiáng)四倍。這說明，丘腦的簇狀放電構(gòu)成了一種強(qiáng)大的丘腦-皮層通訊機(jī)制，能夠高效地引導(dǎo)和維持皮層對特定空間位置的注意力分配。

三、微電刺激誘發(fā)的丘腦爆發(fā)能因果性地增強(qiáng)皮層活動與行為表現(xiàn)

為了確立丘腦爆發(fā)與注意力控制之間的因果關(guān)系，研究者對丘腦枕施加了微電刺激（EMS）。刺激引發(fā)了丘腦枕局部強(qiáng)烈的“短暫興奮-深度抑制-強(qiáng)烈反彈”級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而誘發(fā)了高度同步的簇狀放電。

這種人工誘發(fā)的爆發(fā)不僅在空間上精準(zhǔn)地增強(qiáng)了互連皮層 LIP 的放電活動，還顯著提升了獼猴對對應(yīng)視野內(nèi)目標(biāo)的檢測率。并且，行為表現(xiàn)的提升幅度與誘發(fā)簇狀放電的強(qiáng)度呈顯著正相關(guān)。這一結(jié)果提供了直接的因果證據(jù)，證明丘腦枕的簇狀放電能夠驅(qū)動皮層活動并改善認(rèn)知表現(xiàn)。

Fig 3. 丘腦枕微電刺激引發(fā)了特征性的抑制-反彈級聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而誘發(fā)簇狀放電并同步增強(qiáng) LIP 皮層活動。

Fig 4. 微電刺激誘發(fā)的丘腦枕簇狀放電在空間和時間上特異性地提升了獼猴的目標(biāo)檢測率。

研究意義

這項(xiàng)工作打破了長期以來對丘腦簇狀放電僅限于睡眠或被動喚醒狀態(tài)的傳統(tǒng)認(rèn)知，首次在靈長類動物中確立了高階丘腦簇狀放電在認(rèn)知控制中的因果地位。

從理論意義上看，它揭示了丘腦枕不僅是皮層區(qū)域間的協(xié)調(diào)者，更是通過特定的離子通道機(jī)制（簇狀放電）對皮層信息處理施加動態(tài)、逐級控制的“驅(qū)動引擎”。從應(yīng)用啟發(fā)來看，明確高階丘腦在注意力控制中的具體放電模式，為未來針對注意力缺陷障礙（如空間忽視癥）的神經(jīng)調(diào)控干預(yù)（如深部腦刺激）指明了極具潛力的生理學(xué)靶點(diǎn)。

分享人：飯鴿兒

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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