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【编辑推荐】为探究瞳孔生物反馈是否调控皮层功能，苏黎世联邦理工学院团队结合经颅磁刺激（TMS）、脑电图（EEG）及听觉奇波任务，发现瞳孔自我调节可调控皮层兴奋性、EEG 频谱斜率（皮层觉醒标记）及 P300 反应，为神经精神疾病治疗提供新方向。
在大脑的复杂调控网络中，觉醒状态（如中枢觉醒）宛如精密仪器的核心齿轮，深刻影响着注意力、情绪及睡眠 - 觉醒周期等高级认知功能。蓝斑核（LC）作为中枢觉醒的关键调节器，通过去甲肾上腺素（NA）投射广泛影响皮层与皮层下区域。瞳孔作为窥探脑内活动的 “窗口”，其动态变化与蓝斑核 - 去甲肾上腺素系统（LC-NA）等觉醒相关神经调节系统存在紧密关联。然而，能否通过主动调控瞳孔动态，进而干预皮层功能？这一科学疑问如同迷雾中的灯塔，指引着研究者探索新型神经调控技术的方向。
苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的研究团队聚焦于这一前沿领域，开展了一项极具创新性的研究。他们假设，基于瞳孔的生物反馈训练可使个体通过主动调节瞳孔大小，实现对皮层兴奋性、皮层觉醒电生理标记及事件相关电位的调控。该研究成果发表于《Nature Communications》，为非侵入性神经调控技术的发展掀开了新的篇章。
关键技术方法
研究采用多模态技术整合方案：
- 瞳孔生物反馈训练：参与者通过 3 天训练，学习运用心理策略（如激活或放松相关想象）自主调节瞳孔大小，实时反馈系统辅助优化调节能力。
- 经颅磁刺激（TMS）：在瞳孔调节期间施加单脉冲 TMS，通过记录运动诱发电位（MEP）评估皮层兴奋性。
- 脑电图（EEG）：同步采集 EEG 信号，分析频谱斜率（反映皮层觉醒水平的非振荡宽带活动标记）及 P300 事件相关电位（与蓝斑核相位活动相关）。
- 听觉奇波任务：结合经典双音奇波范式，评估瞳孔调节对注意力相关电生理反应的影响，记录行为反应时与准确率。
研究结果
实验 1：瞳孔生物反馈调控皮层兴奋性
15 名曾接受瞳孔生物反馈训练的参与者完成三种条件（瞳孔上调、下调、静息对照）测试。结果显示，瞳孔上调组的 MEP 振幅显著高于下调组，表明皮层兴奋性增强。这一效应与蓝斑核 - 去甲肾上腺素系统激活的药理学研究结果一致，提示瞳孔调节可模拟去甲肾上腺素能药物对皮层的兴奋作用。心血管指标显示，上调组心率升高、心率变异性（HRV）降低，印证了觉醒水平的系统性变化。
实验 2：皮层觉醒的电生理标记调控
23 名参与者在训练第 3 天进行 EEG 记录，发现瞳孔上调期间 EEG 频谱斜率更平坦（反映神经元激活增强），而下调期间斜率更陡峭，表明皮层觉醒水平随瞳孔调节发生显著变化。频谱斜率变化与瞳孔调节指数（上调 - 下调差值）呈正相关，提示调控能力越强，皮层觉醒差异越显著。心血管指标进一步显示，下调组 HRV 升高，提示副交感神经活动增强。
实验 3：听觉奇波任务中的觉醒 - 注意力交互作用
19 名参与者在执行听觉奇波任务时进行瞳孔调节，结果显示：
- 频谱斜率调控：下调组频谱斜率显著陡峭于上调组及对照组，且靶刺激诱发的斜率平坦化效应独立于瞳孔调节条件，提示注意力加工可动态调制皮层觉醒。
- P300 反应调控：下调组对靶刺激的 P300 振幅显著大于上调组及对照组，与蓝斑核相位活动理论一致，表明低觉醒状态下相位反应增强。行为数据显示，下调组对靶刺激的反应更快，印证了觉醒 - 注意力的倒 U 型关系。
结论与意义
本研究通过多模态神经影像学与电生理技术，首次证实瞳孔自我调节可系统性调控皮层功能的核心标记：皮层兴奋性、皮层觉醒水平及蓝斑核相关电生理反应。关键结论包括：
- 瞳孔生物反馈通过激活蓝斑核 - 去甲肾上腺素系统，实现对皮层兴奋性的双向调控，其效应与药理学干预一致。
- EEG 频谱斜率作为皮层觉醒的敏感标记，可被主动调节的瞳孔动态所调制，为实时监测觉醒状态提供了新工具。
- 瞳孔调节通过影响 tonic-phasic 觉醒平衡，调节 P300 反应及注意力任务表现，揭示了觉醒 - 认知交互的神经机制。
该研究的科学意义体现在：
- 方法学突破：建立了基于瞳孔的非侵入性神经调控范式，为传统神经反馈技术提供了低成本、易操作的替代方案。
- 机制解析：阐明了蓝斑核 - 瞳孔通路在皮层功能调控中的核心作用，为理解觉醒相关神经精神疾病（如抑郁症、注意缺陷多动障碍）的病理机制提供了新视角。
- 临床转化：为开发针对皮层功能紊乱的新型治疗手段（如慢性疲劳综合征、神经退行性疾病的觉醒障碍干预）奠定了实验基础。
未来研究可进一步探索该技术在病理状态下的应用潜力，拓展其在神经康复与精神疾病治疗中的临床价值。
