摘要：不来梅大学神经科学家的突破性研究首次提供了大脑如何在毫秒级时间尺度上筛选和处理信息的因果证据。通过对恒河猴进行精密的电生理学实验，研究团队发现神经信号到达的精确时机——而非信号本身的强度——决定了大脑是否会对其进行进一步处理。这一发现不仅解释了鸡尾酒会效应等经

信息来源：https://medicalxpress.com/news/2025-09-neuroscientists-precise-nerve-brain.html

不来梅大学神经科学家的突破性研究首次提供了大脑如何在毫秒级时间尺度上筛选和处理信息的因果证据。通过对恒河猴进行精密的电生理学实验，研究团队发现神经信号到达的精确时机——而非信号本身的强度——决定了大脑是否会对其进行进一步处理。这一发现不仅解释了鸡尾酒会效应等经典认知现象的神经机制，更为理解阿尔茨海默病、注意力缺陷多动症等神经疾病以及开发下一代脑机接口技术提供了关键洞察。

该研究由Andreas Kreiter和Eric Drebitz博士领导，成果发表在《自然通讯》杂志上。研究揭示了一个令人惊讶的事实：神经细胞并非持续处于接收状态，而是以10到20毫秒的周期快速循环，在特定的几毫秒内表现出极高的接受性，随后进入相对不活跃的状态。只有在这个狭窄时间窗口内到达的信号才能有效改变神经元行为并影响后续的信息处理过程。

时间精度超越信号强度的重要性

传统的神经科学研究长期关注神经信号的强度和频率，但这项研究表明时间因素可能更为关键。Drebitz博士解释说："大脑是否会进一步处理信号，关键取决于它是否在正确的时刻到达——在神经细胞接受能力增强的短暂阶段。"这一发现彻底改变了我们对神经信息处理的理解。

Eric Drebitz博士和他的团队。 图片来源：Peter Bujotzek

在日常生活中，这种机制的重要性显而易见。当我们走在繁忙的街道上时，大脑必须从无数的视觉、听觉和其他感官输入中快速识别和优先处理最重要的信息。一辆突然出现的汽车、一个呼唤我们名字的声音、或者一个意外的障碍物——这些关键信息必须得到优先处理，而背景中的广告牌、路人的对话和其他干扰因素则被过滤掉。

研究团队通过精密设计的实验验证了这一机制。他们在恒河猴执行视觉任务时，对其大脑视觉处理通路的早期区域V2进行微弱的电刺激。这些人工信号与任务本身无关，纯粹作为测试探针。研究人员随后分析这些信号如何影响下游的V4区域——大脑视觉处理层级中的重要节点。

实验结果令人震撼：相同强度的刺激信号，仅仅因为到达时间的微小差异（仅几毫秒），就会产生截然不同的效果。当信号在神经元高接受性阶段到达时，不仅会显著改变V4区神经细胞的活动模式，还会影响动物的行为表现——它们的反应速度变慢，错误率增加。这表明这些本来与任务无关的测试信号被大脑误认为是重要信息而纳入了处理流程。

相反，当完全相同的信号在稍早或稍晚的时间到达时，它们几乎不会产生任何影响，仿佛从未存在过一样。这种现象清晰地证明了时间精度在神经信息处理中的决定性作用。

注意力机制的神经基础

这一发现为解释注意力的神经机制提供了新的框架。长期以来，神经科学家知道大脑具有选择性注意的能力，但其具体实现方式一直是个谜。鸡尾酒会效应是这种能力的经典例证：在嘈杂的聚会环境中，我们能够专注于一个特定的对话，同时过滤掉其他声音。

皮层内微刺激 (ICM)、皮层内记录和行为任务范式示意图。图片来源：《自然通讯》 (2025)。DOI：10.1038/s41467-025-62732-8

Drebitz解释道："在一个充满声音、音乐和背景噪音的环境中，大脑能够集中注意力于一个声音。其他噪音并非客观上更安静，只是在那一刻被感知得不那么强烈。"新研究揭示，这种选择性处理可能是通过精确的时间协调实现的。

注意力系统通过调整不同脑区神经细胞的时间同步性，使得重要信息能够在最佳时机到达处理中心，而不相关的信息则错过了这些关键时间窗口。这种机制比之前假设的基于信号放大的模型更加精密和高效。

这种时间协调不是静态的，而是动态调整的。当我们的注意力从一个刺激转向另一个刺激时，大脑会重新校准不同区域之间的时间关系，确保新的关注目标能够获得优先处理。这解释了为什么我们能够快速在不同任务之间切换，同时保持高效的信息处理能力。

研究还发现，这种时间窗口的开放和关闭是主动控制的过程，而不是被动的生理现象。大脑高级区域能够通过调节较低级区域的振荡模式来精确控制信息流动。这种自上而下的控制机制确保了认知资源能够被最有效地分配和利用。

疾病机制与治疗前景

这项发现对理解和治疗多种神经疾病具有重大意义。阿尔茨海默病患者常常表现出注意力分散和信息处理困难，这可能与神经细胞时间协调能力的退化有关。随着疾病进展，大脑不同区域之间的时间同步性逐渐丧失，导致重要信息无法在正确时机得到处理。

注意力缺陷多动症同样可能涉及时间协调机制的异常。ADHD患者往往难以维持对特定任务的专注，容易被无关刺激分散注意力。从新研究的角度来看，这可能是因为他们的大脑无法有效控制时间窗口，使得干扰信息也能进入处理流程。

这些洞察为开发新的治疗方法开辟了道路。传统的药物治疗主要针对神经递质系统，而基于时间协调机制的治疗可能更加精准和有效。例如，通过非侵入性的脑刺激技术来重新校准大脑不同区域的时间关系，可能成为治疗注意力障碍的新途径。

神经反馈训练也可能从中受益。通过训练患者控制自己的大脑振荡模式，可能帮助他们改善时间协调能力，从而缓解症状。这种方法相比药物治疗具有副作用小、个性化程度高的优势。

技术应用的广阔前景

这项研究对脑机接口技术的发展具有革命性意义。目前的脑机接口系统主要依赖于检测神经信号的强度变化，但新发现表明时间信息可能更加重要。未来的脑机接口设备需要具备毫秒级的时间精度，才能准确解读大脑的意图。

对于瘫痪患者使用的神经假肢系统，时间精度的重要性尤为突出。精确的时间控制可以使假肢动作更加自然流畅，提高用户的控制精度和使用体验。这要求工程师重新设计信号处理算法，将时间因素纳入核心考虑。

人工智能系统同样可以从这些发现中获益。传统的AI模型主要关注信号的内容和强度，但忽略了时间动态。受大脑时间协调机制启发的新型AI架构可能表现出更高的效率和更强的适应性。

这种时间敏感的信息处理机制还可能改进机器学习算法的设计。通过模拟大脑的时间窗口机制，AI系统可能能够更好地区分重要和无关信息，提高学习效率并减少过拟合问题。

展望未来，这项研究开启了神经科学研究的新方向。时间作为信息处理的第四维度，其重要性可能远超我们目前的认知。随着测量技术的进步和理论模型的完善，我们对大脑工作机制的理解将进入一个全新的阶段，为治疗神经疾病和开发先进技术提供更强大的科学基础。

来源：人工智能学家