华盛顿大学研究团队在《科学》杂志上发表重磅研究，首次发现了一种新型的传播性脑电波——旋转螺旋波。这些独特的涡旋状脑波能够在空间和时间上旋转，并被揭示出由体感皮层中一种独特的“旋转木马式”环形神经元架构所驱动。该研究为理解大脑如何在全球范围内协调感觉、预测事件序列并指导自主运动提供了全新视角。
研究团队负责人、西雅图华盛顿大学医学院神经生物学和生物物理学副教授尼克·斯坦梅茨（Nick Steinmetz）指出：“我们发现了一种新型的脑电波，它在时空中旋转，依赖于感觉皮层中一个环状的解剖回路，并影响整个大脑的活动。”
这些“令人眩晕”的发现详细阐述了这些传播性、旋转性脑电波的特性，以及它们在小鼠特定行为中的活动数据，并已于本周发表在《科学》杂志上。
科学家们深入探究了小鼠大脑的解剖结构如何协调这些脑波的形成和传播。这些脑波最常见于体感区域，该区域负责处理皮肤和肌肉的感觉、身体位置、姿势等信息，以及其他外部刺激。
生成这些旋转波的神经元在脑部感觉皮层中形成了一种类似“旋转木马”的模式。它们的轴突（负责产生电信号的神经纤维）呈圆形排列。这种固定的结构布局，如同环形轨道上的列车车厢，与脑电波的螺旋运动完美契合。
研究观察到，这些螺旋波在大鼠大脑的两个半球中对称出现，并在感觉皮层和运动皮层之间进行协调。科学家们还发现，这些螺旋波的活动与大脑深层区域（如丘脑、纹状体和中脑等与低级功能相关的区域）的神经放电活动同步。
由于这些旋转波能够传播到大脑的不同区域，它们可能在不同但相互依赖的功能区域之间传递信息方面发挥关键作用。例如，感觉皮层和运动皮层之间的相互作用对于个体感知周围环境和执行其他自主身体运动至关重要。
为了进行这项研究，科学家们采用了皮层范围的脑成像技术和大规模电生理测量方法。
在其中一项实验中，研究人员对小鼠左侧面部触须施加轻微的气流刺激。这一刺激立即在右侧感觉皮层诱发了一系列顺时针旋转的神经活动波，并在运动皮层中出现了相应的波。
科学家们还通过奖励机制鼓励小鼠参与一项需要爪子和眼睛协调的物体检测游戏。他们注意到，旋转脑电波的差异会根据小鼠的觉醒状态及其完成任务的成功程度而变化。
目前，研究人员尚未确定这种旋转传播波在其他物种（包括人类）中是否也像在小鼠中一样，在全球范围内进行协调。
关于旋转波动力学的功能，科学家们推测它们可能充当“时空时钟”，设定从感觉发生到行动执行的事件链。这些波还可能有助于巩固在练习视觉-运动任务时形成的神经连接。通过在多个大脑区域之间传播，这些波可能为大脑提供了一种预测感觉序列并协调运动反应的方式。
论文的第一作者叶志文（Zhiwen Ye）接下来将在中国新成立的深圳医学科学院神经调控与认知研究所建立自己的实验室，担任初级首席研究员。