α振荡调控双眼竞争中的抑制性控制与知觉转换:基于MEG的神经动力学研究

【字体: 时间:2025年09月04日 来源:iScience 4.1

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  本研究通过脑磁图成像(MEG)技术,揭示了α波段(8-13 Hz)活动在双眼竞争(BR)中的关键作用。研究发现,知觉转换前α功率降低反映抑制减弱,而混合知觉前α功率升高表明抑制增强。定向相位传递熵(dPTE)分析显示,顶叶到早期视觉区的反馈连接主导知觉转换,而转换后转为前馈连接。该研究为理解视觉系统兴奋-抑制(E:I)平衡提供了新证据,发表于《iScience》。

  

当我们的双眼看到不一致的图像时,大脑会陷入一场奇妙的"拉锯战"——这就是经典的双眼竞争(Binocular Rivalry, BR)现象。这种现象不仅为研究视觉感知提供了独特窗口,更揭示了大脑如何处理冲突信息的基本机制。尽管已有研究表明α波段神经振荡(8-13 Hz)与知觉稳定性相关,但其在动态知觉转换中的精确作用机制仍不明确。Eric Mokri团队在《iScience》发表的研究,通过高时空分辨率的脑磁图成像(MEG)技术,首次系统阐明了α振荡如何通过调节兴奋-抑制(E:I)平衡来介导双眼竞争中的知觉转换。

研究人员采用了两项关键技术方法:首先设计了两类实验条件——自然双眼竞争(BR)和软件控制的"重放"条件(BR-replay),通过按钮报告系统记录28名参与者的知觉状态;其次运用个体化MRI约束的MEG源成像技术,结合定向相位传递熵(dPTE)分析,解析了α波段神经活动的时空动态与功能连接模式。

研究结果部分包含以下重要发现:

  1. 1.

    时间动力学特征

    在知觉转换前750毫秒,中高级视觉区(V3A/V3B)首先出现α功率下降,随后扩散至整个后部皮层。与之形成鲜明对比的是,混合知觉报告前500毫秒出现α功率升高,尤其在初级视觉皮层(V1/V2)和外侧枕叶区(LO1/LO2)。

  2. 2.

    个体差异关联

    时间分辨相关分析显示,V1区α功率与混合知觉持续时间呈显著正相关(r=0.50,p=0.0097),表明α活动强度可预测个体知觉稳定性差异。

  3. 3.

    网络层级重组

    dPTE分析揭示了知觉转换前后的连接模式转变:转换前顶叶区(IP2/IPS1)向早期视觉区(V2/V3)的反馈连接占主导,而转换后则转为早期视觉区向高级皮层的feedforward连接。

讨论部分指出,这些发现为多层级视觉处理模型提供了实证支持:α振荡通过"脉冲抑制"机制调节局部E:I平衡,其中顶叶皮层扮演"控制中心"角色——其反馈连接减弱抑制(α功率下降)促使当前知觉失稳,而随后前馈连接的增强(α功率回升)则稳定新知觉。该研究不仅统一了既往关于α振荡抑制功能的理论分歧,更为理解自闭症等E:I失衡疾病的知觉异常提供了新视角。

这项研究的创新性体现在三个方面:首次在自然双眼竞争范式(非频率标记)中捕捉到α活动的完整时空演化;明确了混合知觉作为独立神经状态的振荡特征;建立了α连接模式与知觉动力学的因果链。未来研究可结合经颅磁刺激(TMS)或MR光谱学进一步验证α振荡与GABA能抑制的因果关系,推动基于神经振荡的知觉调控疗法发展。

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