猴额叶与顶叶镜像神经元的开放数据集：揭示动作执行与观察的神经机制

本研究为解决镜像神经元(MNs)定义不一致、脑区记录差异及响应动态异质性等问题，由意大利帕尔马大学等机构的研究人员开展了猴额叶(F5、F6)与顶叶(AIP)区域的单神经元记录研究。通过标准化Go/No-Go抓取任务，获取了355个神经元在动作执行(EXE)与观察(OBS)条件下的放电数据，以HDF5格式公开。结果表明不同脑区MNs存在功能分化，为理解动作观察网络(AON)的社交与运动功能提供了数据基础。

　　

镜像神经元研究的里程碑式开放数据集
自30年前在猴腹侧前运动皮层首次被发现以来，镜像神经元(Mirror Neurons, MNs)始终是神经科学领域的焦点。这类能在自身动作执行和观察他人动作时均产生放电的神经元，被假设为理解他人意图、模仿学习等高级认知功能的神经基础。然而，随着研究的深入，科学家们逐渐意识到三个关键矛盾：首先，MNs的定义从最初严格排除物体视觉响应（如Gallese等人1996年标准）演变为仅需动作执行/观察双响应，导致不同研究中MNs比例从20%跃升至70%；其次，记录脑区从腹侧前运动皮层扩展到背侧前运动皮层、顶叶PFG区甚至初级运动皮层，但缺乏跨区域标准化比较；最后，MNs的响应模式存在惊人异质性——有的在动作观察后出现反应性放电，有的在可预测情境下提前数秒激活，甚至部分神经元表现出抑制性而非兴奋性调制。

为解决这些问题，帕尔马大学医学院的Federica Tili、Davide Albertini团队联合意大利技术研究院等机构，在《Scientific Data》发表了首个覆盖额叶-顶叶三个关键脑区的标准化MNs数据集。研究团队在三只猕猴（Macaca mulatta和Macaca nemestrina）的AIP（前顶叶内沟区）、F5（腹侧前运动区）和F6（背侧前运动区）植入多电极阵列，通过统一的Go/No-Go抓取任务（含执行EXE与观察OBS模块），记录了355个单神经元活动。数据采用HDF5格式存储，包含 spike times（动作电位时间点）和6类行为事件标记，并附MATLAB/Python分析脚本。这一资源为探索MNs的运动与社交功能提供了前所未有的标准化平台。

关键技术方法
研究采用慢性植入（AIP、F6）与急性植入（F5）结合的线性硅电极阵列，信号通过OpenEphys或Plexon系统以30-40kHz采样。spike sorting（动作电位分类）使用全自动MountainSort算法，保留噪声重叠度<0.1的簇。行为范式设计上，猕猴需对不同物体（环、大小圆锥体）执行抓取（Go）或保持静止（No-Go），观察任务中实验人员执行相同动作。数据分析采用Ferroni等人2021年的标准，统计运动期（Go信号前300ms至后900ms）相对于基线（声音提示前500ms）的放电调制。

研究结果
1. 记录区域与行为任务

实验聚焦AIP、F5、F6这三个动作观察网络(AON)的核心节点，其解剖连接已通过既往研究验证。任务设计通过半反镜装置实现执行与观察视角匹配，确保视觉输入可比性。

2. 数据集结构与验证

数据按脑区/猴/会话分层存储，事件文件包含EXE/OBS、Go/No-Go、物体类型三维度信息。技术验证显示：仅少数神经元存在<1ms的 refractory period（不应期）违反（图3），且放电率分布符合典型电生理特征（图4）。

3. 运动与镜像神经元示例

典型运动神经元（如MonkeyB_011a）仅在EXE时放电，而MNs（如MonkeyC_010a）在EXE/OBS均响应。表2统计显示：81个神经元在EXE/OBS均被促进(F)，79个在EXE促进却在OBS抑制(S)，揭示MNs功能复杂性。

结论与意义
该研究首次实现了三个关键脑区MNs的标准化记录与开放共享，其价值体现在三方面：

1. 方法学突破：通过统一范式克服了既往研究间脑区/统计方法的异质性，HDF5格式与配套代码极大提升数据可重用性；
2. 理论启示：发现不同脑区MNs存在功能梯度——F5更多编码具体动作，而F6可能涉及抽象行为表征，支持了"前运动皮层层级加工"假说；
3. 伦理贡献：鉴于非人灵长类研究的伦理负担，数据共享减少了不必要的动物实验。

未来研究可基于此数据集深入探讨：MNs响应时间差（如F6区预激活现象）的认知含义、不同脑区MNs在自闭症等社交障碍疾病中的特异性改变，以及动作观察网络与默认网络的交互机制。这一资源或将推动从细胞层面解码社会认知的终极密码。