《Cell Reports》：Theta synchronization coordinates ventral temporal and medial temporal coding of human face familiarity
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翻译摘要：识别熟悉面孔是一项基本的社会功能，依赖于感知系统与记忆系统之间的交互，但其潜在神经机制仍知之甚少。研究人员结合人类腹侧颞叶皮层（ventral temporal cortex, VTC）和内侧颞叶（medial temporal lobe, MTL）
翻译摘要：识别熟悉面孔是一项基本的社会功能，依赖于感知系统与记忆系统之间的交互，但其潜在神经机制仍知之甚少。研究人员结合人类腹侧颞叶皮层（ventral temporal cortex, VTC）和内侧颞叶（medial temporal lobe, MTL）中的单神经元记录、颅内脑电图（intracranial electroencephalography, iEEG）及多尺度连接性分析，旨在探究面孔熟悉性背后的神经动力学。MTL神经元的θ频段相位锁定（theta-frequency phase locking）与面孔熟悉性及熟悉化相关，补充了放电率（firing-rate）信号。VTC通过基于轴（axis-based）的代码表征视觉特征，且该代码不成比例地贡献于熟悉性表征。熟悉性还与VTC和MTL之间增强的θ同步（theta synchronization）相关，尤其是在VTC视觉特征编码通道与MTL熟悉性编码通道之间。熟悉面孔诱发的θ频段尖峰-iEEG一致性（spike-iEEG coherence）增强表明，MTL相位锁定与大规模VTC活动相协调。总之，这些发现确定θ同步是协调人类面孔熟悉性处理中神经动力学的关键机制。
论文解读
一、研究背景与目的
熟悉面孔识别是人类社交互动的重要基础，依赖感知系统与记忆系统的协同作用。以往神经影像研究对熟悉性神经机制的结论并不一致，核心面孔加工区（如梭状回面孔区）是否表征熟悉性仍有争议。临床证据表明，腹侧颞叶皮层（ventral temporal cortex, VTC）和内侧颞叶（medial temporal lobe, MTL）的损伤可导致熟悉面孔识别障碍，但这两个区域在面孔熟悉性处理中如何动态协调尚不清楚。为此，本研究利用颅内记录的高时空分辨率优势，从单神经元、局部场电位、区域群体活动及长程跨脑区连接等多个空间尺度，系统探究人类面孔熟悉性的神经动力学机制。
二、研究设计与主要技术方法
本研究纳入22名神经外科患者（共51个记录场次），其中16名患者（40场次）在杏仁核和海马植入微电极，记录单神经元活动及局部场电位；13名患者同时记录VTC和MTL两区域的颅内脑电图（iEEG）。刺激材料取自CelebA数据集中50位名人身份的500张自然面孔图像（每人10张），被试执行one-back任务以维持注意，记录后通过问卷确认每张面孔是否熟悉。主要技术方法包括：计算尖峰-场电位对一致性（pairwise phase consistency, PPC）以量化θ相位锁定；提取iEEG高γ功率（high-gamma power, HGP）表征区域编码；计算相位锁定值（phase-locking value, PLV）和格兰杰因果（Granger causality, GC）评估跨区域同步及方向性连接；使用VGG-16深度网络提取视觉特征，并通过偏最小二乘（partial least squares, PLS）回归鉴定VTC的轴编码通道。
三、主要研究结果
（一）行为表现
22名患者完成面孔识别问卷，平均42.1%±19.4%的身份被评定为熟悉，表明刺激材料能有效区分熟悉与陌生面孔。
（二）人类MTL单神经元θ频段相位锁定编码面孔熟悉性
在杏仁核（868个神经元）和海马（1,044个神经元）中，熟悉面孔诱发的θ频段PPC显著大于陌生面孔（杏仁核p=0.007，海马p=0.002），且与θ功率或振荡特异性成分无关，提示该效应源于尖峰相对θ振荡的相位对齐变化，而非幅度变化。这补充了以往放电率编码的发现，表明θ同步是独立于放电率的熟悉性神经机制。
（三）θ频段相位锁定编码面孔熟悉化
重复暴露同一身份面孔可诱导短期熟悉化。研究发现17.8%的MTL神经元和6.78%的尖峰-场电位对的PPC随身份暴露次数线性变化，其中PPC线性增加和线性减少的神经元比例大致相当（分别为43.7%和56.3%）。该效应与放电率变化统计上独立（r=-0.04, p=0.22），且两类神经元群体重叠不高于随机水平，说明θ同步为面孔熟悉化提供了独立于放电率机制的互补性编码途径。
（四）VTC和MTL中熟悉性编码
iEEG记录显示，VTC中6.3%的通道和MTL中4.4%的通道对熟悉与陌生面孔反应存在显著差异，且多数通道对熟悉面孔反应更强。熟悉性相关的神经表征距离（即熟悉与陌生面孔群体距离之差）从VTC到MTL显著增加，提示MTL中熟悉身份的表征区分度更强。VTC轴编码通道中同时编码熟悉性的比例显著高于总体通道（15.0%对6.54%），但熟悉性并不改变通道与最优特征轴的对齐程度，表明VTC主要编码视觉特征，而熟悉性编码在轴编码通道中不成比例地富集。
（五）熟悉性增强VTC-MTL宏观尺度同步
在VTC与MTL所有亚区组合中，θ频段低频同步显著高于零分布。与MTL非熟悉性编码通道相比，MTL熟悉性编码通道与梭状回（FG）和下颞回（ITG）的θ同步更强，其中FG-杏仁核通路尤为突出。时间分辨PLV显示FG与杏仁核在刺激后快速出现同步，且熟悉性编码通道的同步增强持续存在。格兰杰因果分析进一步发现，熟悉性选择性增强FG与杏仁核之间的双向因果连接（前馈p=0.048，反馈p=0.038），而其他亚区组合无显著差异，提示FG-杏仁核通路在面孔熟悉性处理中具有独特作用。
（六）熟悉性调节spike-iEEG同步
为探究MTL单神经元相位锁定如何与更广泛的网络活动协调，研究人员计算了MTL尖峰与局部及VTC的iEEG之间的θ频段PPC。结果显示，熟悉面孔诱发的尖峰-iEEG PPC在MTL内部（p=0.005）和MTL-VTC之间（p=0.004）均显著高于陌生面孔，表明MTL神经元的θ相位锁定与VTC的大规模群体活动在时间上相协调，支持感知表征与记忆表征之间的跨区域整合。
四、讨论与结论
讨论部分指出，θ振荡长期与记忆过程相关，本研究观察到的θ同步增强符合“通过一致性通信”（communication through coherence, CTC）假说；而既往研究发现的放电率表征距离变化则支持“通过共振通信”（communication through resonance, CTR）假说。两种机制对应的神经元群体统计上独立，可能由不同类型的神经元分别实现。VTC以轴编码方式表征视觉特征，而熟悉性主要依赖MTL及其与VTC的交互，这种分离提示面孔识别模型中需区分知觉编码与情境熟悉性。FG-杏仁核通路在θ频段的增强性双向连接，进一步支持熟悉性加工涉及核心视觉区域与边缘系统之间的枢纽性连接。
研究结论：θ同步是协调人类腹侧颞叶皮层与内侧颞叶面孔熟悉性处理的多尺度神经机制，它联系了局部的尖峰-场电位耦合、区域群体活动及长程跨脑区功能连接，为理解人类面孔熟悉性的神经基础提供了新的框架。
