浙大团队揭秘猕猴听觉系统 “时间解码” 能力，为精神疾病研究开辟新路径

（一）研究背景

听觉系统对声音信息的处理建立在对时间-频率域信号进行解析的基础之上。这一过程不仅体现为频域中不同频率成分的叠加与整合所引发的音色感知，更依赖于对时域结构信息的精确编码与解析。在既有研究中，时间信息处理机制的分析多借助语言材料展开，导致研究对象主要局限于具备成熟语言能力的人类，研究手段亦多依赖脑电图等宏观神经活动记录技术。因此，为了深入多时间尺度信息加工处理的研究，推广至更广泛的动物模型是十分必要的。

（二）研究进展

首先，研究人员采用经典的“转换脉冲序列”作为听觉刺激范式（图1A），该刺激序列由两个连续的均匀脉冲片段构成，前后片段分别采用不同的脉冲间隔时间（inter-click interval, ICI）。通过对猕猴听皮层进行ECoG信号记录，结果表明序列从第一段向第二段转换时诱发了显著的变化反应，且该变化反应幅度随ICI增大而呈减弱趋势。为进一步解析ECoG信号对于单个脉冲的反应情况，研究人员通过快速傅里叶变换计算功率谱密度（power spectral density, PSD），分析了ECoG对单个脉冲的神经跟随响应。结果显示（图1B-E），随着ICI增大，单个脉冲引发的神经跟随响应显著增强。值得注意的是，当ICI处于约6–18 ms范围内时（图1F-G），可同时观测到两种不同时间尺度的加工处理：一是对局部单个脉冲的精细跟随反应，二是对整体脉冲序列结构变化产生的变化反应。这一现象被定义为“同步过程中的时间整合”（temporal integration during synchronization, TIDS），表明听觉系统能够在同步跟踪短时动态输入的同时进行时间信息的整合。

为进一步验证听觉系统具备同时处理单个脉冲刺激输入与整体脉冲序列转换的信息处理能力，本研究人员将短时程（0.4 s）的转换脉冲序列重复延展，构建了总时程为18 s的长序列刺激（图2A）。功率谱分析结果显示TIDS现象依然稳定存在。

为探究听觉系统对更长时程上更高阶结构的声音信息加工机制，本研究在转换脉冲序列基础上引入经典oddball范式，构建了具有高阶时间结构的听觉刺激序列（图3-1）。该范式包含两套对称序列：第一套序列为（ICI_BG, ICI₁, ICI₂），起始与结尾分别为2 s与1 s的背景脉冲序列（ICI_BG），中段则交替呈现9次标准刺激ICI₁与背景脉冲ICI_BG的转换序列与1次新奇刺激ICI₂；第二套序列为（ICI_BG, ICI₂, ICI₁），结构与第一套序列一致，将标准与新奇刺激对调，即ICI₁作为新奇刺激，ICI₂为标准刺激。该设计模拟了类似语言层级结构（如音节、短词、句子）的时序结构：第一层级，单个click代表的短时间尺度 (individual clicks，十毫秒级别)；第二层级，均匀脉冲序列（click train）代表的中等长度时间尺度（click trains forming auditory objects，百毫秒级别）；第三层级，多个click train构成的可预测性结构代表长时间尺度（higher-order click trains in neuronal novelty detection，秒级别）

研究采用common SSA index（CSI）量化神经元对第三层级信息的处理能力，并在猕猴初级听觉皮层（A1）与内侧膝状体（MGB）进行单细胞记录。群体神经元分析表明（图3-2、3-3、3-4），A1能同时处理三个层级的时间信息，且对第二、三层级的加工能力显著优于MGB。

鉴于时间整合机制与多种精神疾病的关联，研究进一步在25名人类受试者中进行了64通道EEG记录，检验该范式的临床适用性。结果复现了听皮层同步处理多层级时间信息的核心发现（图4），预示着这种基于脉冲序列的oddball范式有望发展为一种有效的神经测量工具，为探索相关疾病的异常时间处理机制奠定了基础。

（三）未来展望

本研究构建了一种新型非语言oddball脉冲序列范式，有效拓展了跨物种多时间尺度听觉机制的研究路径，并展现出潜在的临床诊断价值。通过结合宏观与微观神经信号，研究揭示了听觉系统整合多层级时间信息的能力，并发现初级听觉皮层（A1）相较于内侧膝状体（MGB）在处理复杂长时程结构方面具有更强功能特异性。当前研究仍存在灵长类样本量有限、神经记录手段分辨率不足及跨物种普适性未充分验证等局限。未来工作可在扩大样本的基础上，进一步解析听皮层内部功能分层，并推进该范式在啮齿类等模型中的跨物种机制验证，以深化对时间信息处理神经通路的理解。

原文链接：https://spj.science.org/doi/10.34133/research.0960