人类高阶丘脑核通过丘脑额叶环路调控意识感知的关键作用

《SCIENCE》：Human high-order thalamic nuclei gate conscious perception through the thalamofrontal loop

为探究人类高阶丘脑核及丘脑皮质相互作用如何直接影响意识感知的瞬间过程，研究人员开展了相关研究。他们对植入电极的患者进行视觉意识任务时同步记录丘脑核和前额叶皮质（PFC）的立体脑电图（sEEG）数据，发现丘脑板内核和内侧核起门控作用，该成果推进了对视觉意识网络基础的理解。

　　探索人类意识的神经基础是现代科学中最令人兴奋且具挑战性的任务之一。意识至少有两种不同模式：意识状态（清醒、睡眠、昏迷等）和意识内容（特定的意识体验）。已知人类高阶丘脑核活动与意识状态密切相关，但尚不清楚这些丘脑核以及丘脑皮质的相互作用如何直接作用于人类意识感知的瞬间过程（发生在毫秒级）。多数研究聚焦于大脑皮层来探寻意识感知的神经关联，相对较少研究探索包括高阶丘脑核在内的皮层下结构的功能作用。最近有假设提出，高阶丘脑核在意识感知过程中充当调节皮层活动的门控，但缺乏来自人体研究的直接实证支持这一观点。

丘脑传统上被认为是意识感知的感觉信息的前提条件，而非直接对其有贡献。然而，这一假设受到了新的理论假设和实证证据的挑战，这些证据大多来自解剖学和神经影像学研究，表明人类丘脑直接参与了各种认知功能。尽管有几种意识理论提出丘脑皮质环路可能在人类意识感知中发挥关键作用，但很大程度上仍不清楚与意识相关的信息在这些环路中是如何被处理和传递的。此外，由于丘脑核存在很大的功能异质性，有必要确定不同丘脑核在意识感知中的各自作用。然而，由于技术限制，很难在人类丘脑核和丘脑皮质环路中以高空间和时间分辨率精确捕捉神经活动。对人类丘脑核和丘脑皮质环路同时进行颅内记录，为阐明意识感知出现过程中丘脑皮质环路的动态过程提供了绝佳机会。

研究人员在患者进行一项新的视觉意识任务时，同步记录了多个丘脑核和前额叶皮质（PFC）的立体脑电图（sEEG）数据。在该任务中，有意识和无意识条件下匹配的扫视反应在很大程度上减少了与报告相关的活动和与意识相关的活动的混淆。与腹侧核和 PFC 相比，板内核和内侧核表现出更早且更强的与意识相关的活动，包括事件相关电位（ERP）和事件相关频谱扰动（ERSP）。在意识感知出现期间，短暂的丘脑额叶神经同步和跨频率耦合均由板内核和内侧核活动的 θ 相位（2 至 8Hz）驱动。在意识感知期间，这两个丘脑核与外侧 PFC（LPFC）之间的耦合比它们与 PFC 其他子区域之间的耦合更强。对板内核、内侧核和 LPFC 中刺激诱发活动的进一步解码分析表明，与解码其他与任务相关的事件（如刺激对比度、规则提示、扫视方向和扫视反应时间）相比，解码意识感知（有意识与无意识）时的准确率最高。

研究提供了人脑的直接 sEEG 证据，支持板内核和内侧核在快速的意识感知过程中的门控作用。更具体地说，在意识感知出现期间，板内核和内侧核比腹侧核发挥更重要的作用。LPFC 与板内核和内侧核之间的相互作用源于板内核和内侧核，可能在意识感知过程中发挥关键作用。此外，丘脑额叶环路中的刺激诱发活动主要编码与意识相关的信息，而非其他与任务相关的事件。这些结果支持了板内核和内侧丘脑核在意识感知出现期间调节 PFC 活动的门控作用的观点。