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2022年10月3日，復旦大學附屬華山醫院院長、天橋腦科學研究院轉化中心（Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Translational Research）主任毛穎教授與華山醫院神經外科教授、天橋腦科學研究院（TCCI）研究員陳亮等在Neuron上發表了名為“Visual Cortex Encodes Timing Information in Humans and Mice”的文章，揭示了視皮層編碼時間預測信息的重要機制。

大多數人類行為都涉及對時間和空間的感知。其中，對環境中不同時間間隔出現的各種信號的感知和預測對動物的生存和演化意義重大。大腦不僅需要對大時間尺度的信息進行處理，比如對晝夜節律的感知主要由下丘腦的視交叉上核驅動，也需要在非常短的時間尺度內處理信息，比如及時躲避天敵。動物必須有效地對不同的時間信號作出準確的預測，但人們對大腦如何表征秒到十秒量級內的時間信息知之甚少。

為了弄清楚在秒到十秒量級的時間感知中，哪些腦區發揮關鍵作用，研究團隊使用能夠以毫秒時間分辨率測量顱內電活動的多通道腦電（SEEG）進行研究。通過記錄、分析人腦中28個腦區的顱內SEEG信號，團隊發現在作出時間信息預測行為前，初級視皮層的腦電顯示出兩個特征：alpha波段能量上升以及delta波段出現相位同步。

人腦初級視皮層中時間信息預測相關活動

為了進一步解決介導這種時間預測行為的細胞和環路機制，團隊應用光遺傳和在體膜片鉗記錄等多項實驗技術對小鼠進行了研究。結合行為學實驗，團隊發現小鼠的時間預測行為與人類相似，也與初級視皮層的腦電能量高度相關。此外，研究還發現部分視皮層神經元存在與時間信息預測相關的興奮性增強，且興奮性增強的視皮層神經元存在順序放電的顯著特征。

在這些生物學實驗的基礎上，團隊提出了基于雙層吸引子和時間細胞（time cell）的皮層計算模型，該計算模型揭示了視皮層神經網絡在處理秒級時間信息時存在自我修正的可塑性規律。通過這種可塑性變化規律，視皮層能對視覺的時間預測信息進行編碼，從而顯著推進了對大腦時間預測機制的認識。

人和小鼠時間預測行為、腦電信號及時間細胞可塑性示意圖

此次研究不僅證明了以秒為尺度的時間信息主要通過局部振蕩在視皮層中表征來指導行為，還開辟了通過人類SEEG記錄與小鼠環路水平研究相結合的方式，來解剖大腦網絡的可能性。

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