《Nature Communications》：Sensory encoding and memory retrieval are coordinated with propagating waves in the human brain
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本研究针对大脑如何平衡外部感觉信息处理与内部记忆提取这一核心问题，通过分析大规模fMRI数据集，揭示了人脑中存在以数秒为周期的传播性脑波。该波从外感受性感觉运动区发起，向内感受性默认模式网络传导，并伴随感觉信息编码与记忆提取能力的阶段性增强，为理解哺乳动物脑功能整合机制提供了重要生理学证据。
在日常生活中，我们的大脑需要不断在接收外界感觉信息与调用内部记忆知识之间进行灵活切换——比如行走时既要感知路面情况又要回忆目的地路线。这种动态平衡是复杂行为的基础，但其神经机制尚不明确。近年小鼠研究发现，大脑会以数秒为周期在外向（感觉处理）与内向（记忆检索）认知模式间交替，并伴随特定神经元放电级联。然而这种节律性调控是否存在于人类大脑，以及如何协调高级认知功能，仍是未解之谜。
发表于《Nature Communications》的这项研究通过分析大规模功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging, fMRI）数据，首次在人类大脑中发现了与小鼠类似的节律性传播波。研究人员发现，人脑活动每隔数秒会出现一次协调的传播波，这些波起源于处理外部感觉信息的外感受性（exteroceptive）感觉运动区域，并向负责内部心理活动的内感受性（interoceptive）默认模式网络（default mode network, DMN）传导。更重要的是，这些脑波的出现时间点与感觉信息编码效率和记忆提取能力的周期性增强精确对应。
关键技术方法
研究团队对多个大型fMRI数据集（包括人类连接组计划数据）进行时间序列分析，采用相位同步检测、传播波重建算法以及跨模态关联分析技术，结合行为学指标的相关性验证，系统刻画了人脑传播波的时空动力学特征及其与认知功能的关系。
脑波传播的时空特征
通过分析1, 000余名被试的静息态fMRI数据，研究人员观察到大脑皮层存在以8-12秒为周期的相干性传播波。波前首先出现在初级感觉运动皮层，随后以3-5 mm/s的速度向后顶叶皮层及前额叶扩散，最终汇聚于默认模式网络核心节点（如后扣带皮层）。这种传播路径在个体间保持高度一致。
感觉编码的相位调制
在脑波传播至外感受性区域期间，被试在视觉任务中的感觉信息编码效率显著提升。fMRI信号分析显示，早期视觉皮层（V1-V4）的血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent, BOLD）信号与脑波相位呈现特异性锁相关系，表明感觉处理能力受脑波节律直接调控。
记忆提取的时序耦合
当脑波传导至默认模式网络时，被试在情景记忆检索任务中的反应速度和准确率同步提高。海马（hippocampus）与DMN的功能连接强度在特定波相位达到峰值，证实脑波为记忆提取过程提供了时序框架。
跨物种保守性验证
通过对比小鼠皮层钙成像数据与人脑fMRI波模式，研究发现两者在传播方向（从感觉区到联合皮层）、周期长度（经脑体积缩放后）以及行为关联性等方面均表现出显著相似性，提示这是哺乳动物大脑共有的生理机制。
研究结论与意义
该研究揭示的节律性传播波为理解大脑认知模式切换提供了统一框架：脑波通过周期性重构不同神经网络间的优势状态，实现感觉信息采集与记忆资源调用的动态平衡。这种机制不仅解释了日常生活中注意力自然波动的神经基础，更为认知障碍疾病（如阿尔茨海默病患者的DMN功能异常）的研究提供了新的生理指标。该发现确立了传播波作为连接微观神经元活动与宏观脑网络功能的关键桥梁，对发展脑机接口时序调控策略具有重要启示。
