PLoS Biology：MEG新技术探索神经机制

　　

生物通报道：来自纽约大学，中国科学院生物物理研究所脑与认知国家重点实验室等处的研究人员利用高时间分辨率的脑磁图成像技术(MEG)探索了人类受试在观看包含对话场景的自然电影片段的大脑实时反应，并对其跨视听觉通道的神经机制进行了深入研究。这一研究成果公布在国际著名刊物PLoS Biology杂志上。

这项研究由脑与认知国家重点实验室罗欢副研究员，刘祖祥副研究员以及纽约大学David Poeppel教授合作完成，首次在人类受试上找到和发现可能解决听觉领域中极为重要的问题‘鸡尾酒会效应’(cocktail party problem)的神经机制。

以往对于感知觉研究往往采取了两个方面的简化：总体到特征的简化（即采用包含某种特定性质而不是具有高复杂度的自然刺激）,动态到静态的简化（不考虑连续的实时处理过程），而值得注意的是感知觉系统在日常生活中接收到的却是具有高复杂度（同时包含多个特征的组合）和时间连续性（比如对话，音乐，电影等）的信息，因此我们的大脑从某种程度上说应该优化和适应于这种连续实时的高复杂度自然信息流。探索这种高复杂度的自然视听觉流的神经处理机制是极为重要并且具有极大挑战性的。

这篇题为“Auditory cortex tracks both auditory and visual stimulus dynamics using low-frequency neuronal phase modulation”的关于自然视听觉流的跨通道跟踪的研究成果利用高时间分辨率的脑磁图成像技术(MEG)探索了人类受试在观看包含对话场景的自然电影片段的大脑实时反应，并对其跨视听觉通道的神经机制进行了深入研究。

脑磁图(Magnetoencephalography,或简称MEG)是直接探测大脑神经功能活动的最新技术，这项技术可以用于分析大脑的复杂功能、治疗脑部疾病。MEG的检测过程，是对脑内神经电流发出的极其微弱的生物磁场信号的直接测量，同时，测量系统本身不会释放任何对人体有害的射线，能量或机器噪声。在检测过程中，MEG探测仪不需要固定在患者头部，测量前对患者无须作特殊准备，所以准备时间短，检测过程安全、简便，无副作用。

在这篇文章中，研究人员采用包含自然对话场景的自然电影片断来探索视觉和听觉自然流在大脑中的反映，结果发现视听觉的自然流跟踪和跨模态的融合是基于一种“大脑振荡的低频相位调制机制” (Low-frequency phase modulation in brain oscillation)的。听觉信号除了实时调制听觉皮层的振荡相位来达到对听觉流的实时分割处理外，也会调制视觉皮层的内生振荡相位使得和听觉流时间组织吻合的视觉流信号落在合适的优化相位(optimal phase)上得到增强处理进而达到跨模态的实时连续融合。这项工作首次在人类受试上找到和发现可能解决听觉领域中极为重要的问题‘鸡尾酒会效应’(cocktail party problem)的神经机制。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Auditory Cortex Tracks Both Auditory and Visual Stimulus Dynamics Using Low-Frequency Neuronal Phase Modulation

Integrating information across sensory domains to construct a unified representation of multi-sensory signals is a fundamental characteristic of perception in ecological contexts. One provocative hypothesis deriving from neurophysiology suggests that there exists early and direct cross-modal phase modulation. We provide evidence, based on magnetoencephalography (MEG) recordings from participants viewing audiovisual movies, that low-frequency neuronal information lies at the basis of the synergistic coordination of information across auditory and visual streams. In particular, the phase of the 2–7 Hz delta and theta band responses carries robust (in single trials) and usable information (for parsing the temporal structure) about stimulus dynamics in both sensory modalities concurrently. These experiments are the first to show in humans that a particular cortical mechanism, delta-theta phase modulation across early sensory areas, plays an important “active” role in continuously tracking naturalistic audio-visual streams, carrying dynamic multi-sensory information, and reflecting cross-sensory interaction in real time.