2025年12月2日，《自然-神经科学》发表的一项研究，利用人类颅内脑电图（iEEG）和脉冲神经网络模型，首次揭示了大脑实现快速、灵活空间注意力的核心机制。研究发现，一种被称为“高频活动爆发”（HFAbs）的短暂神经事件，可作为神经元群体放电的“时间窗口”，动态地同步远隔脑区，形成功能子网络，从而快速传递注意信号以指导行为。
在日常生活中，我们时刻都在从复杂环境中筛选重要信息。例如，当看到路标时，大脑需要在几分之一秒内将注意力转向指示的方向，并准备做出相应动作。这种灵活的信息传递要求感觉区和高级联合皮层之间进行快速、精准的通讯。然而，大脑网络如何在如此快的时间尺度上路由信息以指导行为，其背后的电生理机制始终是未解之谜。
来自普林斯顿大学的研究团队，通过分析在执行空间注意任务（Posner线索化范式）的受试者颅内脑电图数据，并结合计算模型，精确定位了这一快速通讯的“信使”——高频活动爆发（HFAbs）。
HFAbs：神经元群体放电的“时间窗口”
研究者首先观察到，当呈现提示线索或目标刺激时，大脑多个区域会短暂出现高频宽带（约70-150 Hz）能量爆发。这些HFAbs事件具有以下关键特征：
- 反映群体放电：计算模型和神经元放电分析表明，HFAbs标志着局部神经元群体从相对静息状态向同步高频放电状态的快速转变，为信息编码和传递提供了一个瞬时的高兴奋性“窗口”。
- 被注意事件诱发：无论是引导注意的线索，还是需要检测的目标，都会诱发特定脑区的HFAbs。重要的是，线索诱发的HFAbs强度可以预测受试者随后的行为表现（检测目标的准确率）。
动态耦合与解耦：与低频节律的“协奏曲”
HFAbs并非孤立出现，它们与大脑中持续存在的低频节律（如theta/alpha和beta频段）有着精密的互动：
- 相位锁定：HFAbs倾向于在低频节律的特定相位上产生，尤其是在大脑后部感觉区域，这种锁相关系更为明显。
- 功能相关的解耦：更具功能性意义的是，当HFAbs与低频节律的锁相强度减弱时（即“解耦”），受试者的行为表现反而更好。这提示，为了快速传递新的、与任务相关的信息，局部的高频活动可能需要暂时摆脱主导静息态或内部加工的低频节律的束缚，以获得更大的动态自由度和通讯带宽。
脑网络的瞬时同步：功能性子网络的动态组建
HFAbs如何实现远隔脑区的快速通讯？研究者分析了不同脑区HFAbs之间的同步性，发现：
- 跨区域同步：HFAbs并非局部事件，而是能在数十至数百毫秒内，在广泛分布的大脑区域间实现精确同步，形成瞬时耦合的网络。
- 动态的子网络：通过聚类分析，研究者识别出两个在任务中扮演不同角色的功能子网络：
- 线索激活子网络：在提示线索出现后被激活。
- 目标激活子网络：在目标刺激出现后被激活。
- 时序上的“前奏”关系：当线索有效（能正确预测目标位置）时，线索激活的子网络活动会在时间上领先于目标激活的子网络，仿佛是在为即将到来的目标处理提前“铺设轨道”或“预热”相关脑区。
计算模型验证：从脉冲到场电位的机制贯通
为了验证HFAbs的神经起源，研究者构建了一个大规模的脉冲神经网络模型。模型模拟显示，当网络接收到一个短暂的外部兴奋性输入时，会触发一个类似HFAbs的群体放电事件。这个模拟的HFAbs同样表现出与低频节律的锁相以及随后的解耦现象，并且能够在不同网络模块间诱导同步，有效传递信息。
总结与展望
这项研究系统地阐明了人类大脑实现快速空间注意分配的核心电生理机制：由外部事件（如线索、目标）触发的高频活动爆发（HFAbs），作为神经元群体同步放电的“时间窗口”，通过动态地与低频节律耦合与解耦，在广泛分布的脑区间建立精确的瞬时同步，从而灵活地组建功能性子网络，实现了快速、高效的信息路由。
这一发现具有深远的意义：
- 统一了跨物种认知：HFAbs为理解从啮齿类到灵长类再到人类的注意网络通讯提供了一个跨物种保守的、统一的电生理框架。
- 连接了微观与宏观：它弥合了单个神经元放电与宏观场电位节律之间的空白，为无创脑成像（如MEG/EEG）信号提供了更明确的细胞和环路层面解释。
- 提供了潜在干预靶点：未来，通过实时监测并调控特定脑区的HFAbs活动，或许能够精准地增强或恢复注意力缺陷患者（如ADHD、偏侧忽略）的注意功能。
参考文献：
Banaie Boroujeni, K., Helfrich, R.F., Fiebelkorn, I.C. et al. High-frequency bursts facilitate fast communication for human spatial attention. Nat Neurosci 29, 435–444 (2026).
相关阅读：
- Lundqvist, M. et al. Gamma and beta bursts during working memory readout suggest roles in its volitional control. Nat. Commun. 9, 394 (2018).
- Fiebelkorn, I. C. & Kastner, S. Functional specialization in the attention network. Annu. Rev. Psychol. 71, 221–249 (2020).