普林斯顿最新Neuron：高阶丘脑“爆发”放电直接驱动注意力控制

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基本信息

Title:Higher-order thalamic bursts are drivers of attention control

发表时间:2026-06-26

发表期刊:Neuron

影响因子:16.9

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研究背景

长期以来，丘脑常被视作将感觉信息传递至大脑皮层的简单“中继站”。然而，越来越多的解剖学和功能证据表明，高阶丘脑核团（如丘脑枕，pulvinar）在认知行为中扮演着远比中继更为复杂的角色。

与初级丘脑不同，高阶丘脑神经元极易从常规的持续放电（tonic spiking）切换到快速的簇状放电（bursts）。在初级感觉丘脑中，这种“爆发”通常被认为是一种自下而上的“唤醒呼叫”（wake-up call），用于在长时间沉寂后快速响应突发刺激。然而，在清醒且积极参与认知任务的灵长类动物中，高阶丘脑的簇状放电究竟起什么作用？它们是否直接参与了内源性的认知控制？这一问题一直缺乏实证检验。

为了填补这一空白，普林斯顿大学 Sabine Kastner 团队在猕猴执行空间注意任务时，同步记录了丘脑枕和顶叶皮层（LIP）的神经活动，并结合微电刺激（EMS）技术，试图揭示丘脑枕的簇状放电如何影响皮层信息处理并最终驱动注意力行为。

研究核心总结

一、丘脑枕的簇状放电直接参与持续的注意力分配与目标选择

研究者首先发现，高阶丘脑的簇状放电并非仅在睡眠或被动状态下出现，而是受到任务参与度的强烈调节。当猕猴将注意力集中在空间线索提示的位置（感受野内）时，丘脑枕神经元的簇状放电显著增加。

更关键的是，这种爆发与动物的行为表现紧密相关。在目标出现前 100 毫秒，命中（hit）试验中的丘脑枕簇状放电频率明显高于漏报（miss）试验。这表明，高阶丘脑的爆发不仅是对外部刺激的被动响应，更是内源性注意力维持和目标选择的功能性标志。

Fig 1. 猕猴执行空间注意任务的行为表现，以及丘脑枕与顶叶皮层（LIP）同步记录的实验设计。

Fig 2. 丘脑枕神经元的簇状放电在注意力集中时增强，并能在时间上精准预测猕猴对目标的成功检测。

丘脑的爆发信号如何影响皮层网络？研究者训练了线性分类器来解码皮层群体活动中的空间位置信息。结果显示，丘脑枕神经元的放电能够将顶叶皮层（LIP）的群体表征“拉向”丘脑枕神经元所对应的空间感受野。

值得注意的是，相比于普通的持续放电（tonic spikes），丘脑枕的簇状放电对皮层群体编码产生的偏置效应要强四倍。这说明，丘脑的簇状放电构成了一种强大的丘脑-皮层通讯机制，能够高效地引导和维持皮层对特定空间位置的注意力分配。

三、微电刺激诱发的丘脑爆发能因果性地增强皮层活动与行为表现

为了确立丘脑爆发与注意力控制之间的因果关系，研究者对丘脑枕施加了微电刺激（EMS）。刺激引发了丘脑枕局部强烈的“短暂兴奋-深度抑制-强烈反弹”级联反应，进而诱发了高度同步的簇状放电。

这种人工诱发的爆发不仅在空间上精准地增强了互连皮层 LIP 的放电活动，还显著提升了猕猴对对应视野内目标的检测率。并且，行为表现的提升幅度与诱发簇状放电的强度呈显著正相关。这一结果提供了直接的因果证据，证明丘脑枕的簇状放电能够驱动皮层活动并改善认知表现。

Fig 3. 丘脑枕微电刺激引发了特征性的抑制-反弹级联反应，进而诱发簇状放电并同步增强 LIP 皮层活动。

Fig 4. 微电刺激诱发的丘脑枕簇状放电在空间和时间上特异性地提升了猕猴的目标检测率。

研究意义

这项工作打破了长期以来对丘脑簇状放电仅限于睡眠或被动唤醒状态的传统认知，首次在灵长类动物中确立了高阶丘脑簇状放电在认知控制中的因果地位。

从理论意义上看，它揭示了丘脑枕不仅是皮层区域间的协调者，更是通过特定的离子通道机制（簇状放电）对皮层信息处理施加动态、逐级控制的“驱动引擎”。从应用启发来看，明确高阶丘脑在注意力控制中的具体放电模式，为未来针对注意力缺陷障碍（如空间忽视症）的神经调控干预（如深部脑刺激）指明了极具潜力的生理学靶点。

分享人：饭鸽儿

审核：PsyBrain 脑心前沿编辑部

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