一项发表在《自然》(Nature)杂志上的最新研究挑战了神经科学领域长达20年的普遍认知：脑电记录中高伽马活动（High Gamma Activity, HGA）的升高，一直被认为是电极附近神经元放电的标志。然而，这项研究指出，它可能反映的并非局部神经元的放电，而是更广泛、同步化的神经元群体活动。
“高伽马活动并非纯粹的局部现象，”该研究的主要负责人、美国西北大学神经病学教授Marc Slutzky指出。这一发现可能会深刻影响研究人员在实验中如何解读和利用高伽马活动。“它已经成为一种速记符号，被视为局部神经元总放电的标志，”纽约大学神经科学副教授Erin Rich评论道，“但这种理解是否全面，或者其确切本质是什么，其中的细微之处正在被忽视。”
高伽马活动是一种在人类和猴子电生理记录中观察到的宽带信号，频率范围在70到300赫兹之间。它被广泛用于研究从记忆到运动等多种行为，并被认为与记录电极附近神经元的放电活动相关。研究人员此前认为，这种局部放电“泄漏”到宽带信号中，从而产生了典型的高伽马特征，Slutzky解释道。
然而，神经元放电活动与高伽马活动之间的相关性仅为中等水平，并且只在跨试验和电极的平均值中出现。这使得Slutzky在十多年前就开始怀疑，宽带信号可能不是局部神经活动的良好替代指标。进一步的证据来自2020年的一项研究：阻断主要位于神经元信号接收端的NMDA受体，会抑制猴子的高伽马活动，但不会影响局部神经元放电，这表明高伽马活动可能产生于突触后。
“基于实际数据，我相当确信这并非故事的全部，”Slutzky表示。
为了深入探究，Slutzky及其同事在三只猕猴的运动皮层植入了96电极的脑机接口阵列，其中一个电极专门用于控制屏幕上光标的移动。经过一到两天的训练，猕猴学会了独立调节光标电极记录到的高伽马活动水平和局部神经元放电水平——前者用于上下移动光标，后者用于左右移动光标。
“这两种过程的解耦清晰地证明了它们不可能是同一回事，”未参与这项研究的Rich教授评论道。
印度科学研究所神经科学教授Supratim Ray也未参与此项研究，他表示：“你可以让特定的神经元以不同于高伽马活动的方式放电。因此，高伽马活动并不反映一个或少数几个神经元的放电。”
在高伽马活动试验中，光标电极处的神经元放电并未增加，而整个阵列中的神经元，即使是距离电极仅数毫米的神经元，却显示出放电增加。Slutzky指出，这种广泛的信号无法用“放电泄漏”来解释。“距离太远，无法产生这种影响。”
Ray教授认为，这项研究有助于澄清该领域的一个困惑。“高伽马活动是神经元群体放电（而非单个放电）的观点，仍然没有被正确理解。这项研究以一种很好的方式阐明了这一点。”
研究显示，高伽马活动在其他电极放电率增加后约10到12毫秒达到峰值，这一延迟与突触前放电和它们所诱发的突触后电位之间的时间估计一致。Slutzky表示，这一结果表明，形成高伽马活动信号的并非神经元放电本身，而是突触后电位（postsynaptic potentials, PSPs）。他补充说，除了突触后电位，其他类型的活动，如钙离子或树突棘放电，也可能有所贡献，需要进一步研究。
尽管有证据表明高伽马活动反映了更广泛的群体活动，但这种活动的具体范围仍不清楚，Rich教授指出。“这种贡献能延伸多远？或者是否有来自远处区域的神经元对该区域产生贡献？”
她补充说，未来的研究可以尝试进一步检查协同放电和单单元放电，以了解高伽马活动是如何产生的，以及它们可能如何以不同方式促进信息处理。至于将高伽马活动作为替代指标，她认为这些发现“并没有否定任何将高伽马活动报告为某个区域功能标志的研究。它只是为这种活动实际在做什么增加了一层解释。”
但Slutzky警告称：“人们应该对高伽马活动的归因更加谨慎，不应轻率下结论，这可能会影响对一些过去和未来研究的解读。”