狨猴前额叶-听觉皮层交互在发声过程中的感觉预测机制研究

这篇研究通过同步记录狨猴自发发声时前额叶皮层(FC)和听觉皮层(AC)的神经活动，揭示了FC向AC的定向信号传递在发声前期的感觉预测作用。研究发现FC在发声前0.5-1秒通过theta节律活动向AC传递预测信号，这些信号不仅预测后续发声的声学特征，还与AC的抑制活动相关。在反馈干扰时，双向的FC-AC交互预测了补偿性发声行为，为理解发声控制的神经机制提供了新见解。

　　

研究背景

发声控制依赖于对预期发声输出和实际听觉反馈之间误差的计算。这一过程涉及听觉皮层(AC)在发声前后的抑制现象，以及其对反馈差异的敏感性。虽然这种抑制被认为可能源于前额叶皮层(FC)的"自上而下"信号，但FC是否确实是AC抑制和预测信号的来源仍不清楚。

研究方法

研究团队在自由发声的狨猴中同时记录了AC和FC的神经活动。通过分析多单元活动(MUA)和局部场电位(LFP)，特别是theta波段(4-8Hz)功率变化，并结合Granger因果分析(GC)来评估脑区间的定向信号传递。

主要发现

发声前theta节律活动的增加

在发声前0.5-1秒(早期发声前期)，AC和FC都表现出theta波段功率和MUA的增加。值得注意的是，FC的活动变化比AC更早出现，提示FC可能是信号的发起者。

FC到AC的定向信号传递

GC分析显示，在早期发声前期存在显著的FC→AC信号传递，主要发生在theta波段。这种信号传递具有解剖特异性，某些FC区域(特别是腹外侧和背侧区域)向广泛的AC区域发送信号。

预测信号与发声特征的关系

早期发声前期的神经活动与后续发声的声学特征(如基频f₀)显著相关，表明这些信号可能编码了发声的预测信息。特别值得注意的是，接收更强FC输入的AC位点表现出更大的发声诱导抑制。

反馈干扰时的双向交互

在频率偏移的听觉反馈实验中，FC和AC之间出现了双向交互，这些交互与后续的补偿性发声行为相关，提示其在错误检测和反馈依赖的发声控制中的作用。

研究意义

这项研究首次在灵长类动物中证实了FC在发声过程中向AC传递感觉预测信号的作用。这些发现为理解发声控制的神经机制提供了重要线索，特别是：

1. 揭示了FC作为AC抑制和预测信号的潜在来源
2. 阐明了发声前神经活动的时序特征和功能意义
3. 为感觉运动整合和反馈控制的理论模型提供了神经证据

研究结果不仅对理解非人类灵长类的发声控制有重要意义，也为人类言语产生和感知的神经机制研究提供了重要参考。特别是theta节律在FC-AC交互中的关键作用，可能与更广泛的感知-运动整合机制有关。