過去幾年來，有更多的研究工作轉(zhuǎn)到用顱內(nèi)腦電圖（iEEG）記錄來研究人類認(rèn)知的神經(jīng)基礎(chǔ)。iEEG提供了一個(gè)獨(dú)特的窗口，可用來了解人腦工作狀態(tài)的空間-時(shí)間動(dòng)力學(xué)，其時(shí)間準(zhǔn)確度可達(dá)亞毫米和毫秒級(jí)，有時(shí)候可以達(dá)到單個(gè)神經(jīng)元的水平。這就是為什么，自從iEEG投入臨床應(yīng)用以來，科學(xué)家就注意到了用它來研究人類的認(rèn)知。從臨床研究的實(shí)際來看，它需要癲癇學(xué)家、神經(jīng)生理學(xué)家、電生理學(xué)家還有認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家之間進(jìn)行多學(xué)科合作。此類合作研究的數(shù)目過去幾十年來相當(dāng)穩(wěn)定，直到20世紀(jì)90年代科學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)移，整個(gè)領(lǐng)域有所擴(kuò)展。早期的iEEG研究主要集中于事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP）或者圍刺激時(shí)間直方圖，而新近的趨勢(shì)是轉(zhuǎn)向iEEG的認(rèn)知性研究，其特征是強(qiáng)調(diào)高頻神經(jīng)活性（high-frequency neural activity，HFA；40 Hz及更高），這種高頻信號(hào)有時(shí)在原始iEEG信號(hào)里都可以看到。少數(shù)幾個(gè)早期iEEG研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)作業(yè)和感覺刺激可以調(diào)制HFA，但由于“γ嗡嗡”研究的出現(xiàn)，這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶋H上是減弱了。神經(jīng)科學(xué)界的興趣顯著轉(zhuǎn)移到γ帶同步化以及它在神經(jīng)代表（neural representation）和神經(jīng)信號(hào)交換中的作用，而這些又由于近代實(shí)驗(yàn)和技術(shù)的進(jìn)展而備受鼓舞［5］。

此現(xiàn)象由一系列貓視覺皮層電生理學(xué)研究所發(fā)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)提示，研究對(duì)象的知覺可能是由大腦皮層17區(qū)的節(jié)律性和同步性神經(jīng)放電所介導(dǎo)的，其頻率大約為40 Hz（γ帶，“γ嗡嗡”，“gamma buzz”）。此看法與以前的理論和實(shí)驗(yàn)工作相一致，被總結(jié)成為“動(dòng)態(tài)捆綁”假設(shè)或者“通過同步捆綁”的假說。當(dāng)“通過同步捆綁”假說從猴的實(shí)驗(yàn)開始受到支持以后，由于EEG采集系統(tǒng)及信號(hào)加工分析方法的改進(jìn)，有幾個(gè)EEG研究組發(fā)起了研究——研究人類發(fā)生知覺時(shí)的γ帶同步化。現(xiàn)已清楚，由于其有限的空間分辨，EEG不能發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元“對(duì)”之間的同步；但是我們確信一點(diǎn)，同步神經(jīng)群體活動(dòng)的出現(xiàn)，將導(dǎo)致宏觀尺度的振蕩。應(yīng)用現(xiàn)代的時(shí)間-頻率分析方法，這種振蕩可從EEG信號(hào)中檢測(cè)到。事實(shí)上，這種振蕩早就有人報(bào)道過了。當(dāng)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行時(shí)，它表現(xiàn)為EEG信號(hào)。在20世紀(jì)90年代后半期，有作者發(fā)表了一系列有影響的頭皮EEG研究報(bào)告，描述了作為對(duì)視覺刺激的反應(yīng)，γ帶能量增加的現(xiàn)象［5］。

這些研究者的首個(gè)貢獻(xiàn)是區(qū)分誘發(fā)的（evoked）和誘導(dǎo)的（induced）兩種γ帶反應(yīng)（gamma-band response，GBR）。對(duì)于刺激的開始而言，它們分別是位相鎖定的和位相不鎖定的。有幾個(gè)EEG研究組的研究焦點(diǎn)很快轉(zhuǎn)移到誘導(dǎo)GBR上，當(dāng)刺激需要特征捆綁的時(shí)候這種反應(yīng)會(huì)特別強(qiáng)，如同“捆綁被同步假說”所預(yù)測(cè)的那樣。然而，頭皮記錄的EEG不能顯示誘導(dǎo)GBR的解剖學(xué)來源，這個(gè)問題立即激起了某些研究者的興趣，他們用視覺皮層顱內(nèi)EEG記錄的方法，復(fù)制以前其他研究組采用頭皮EEG方法的實(shí)驗(yàn)。這種新研究方法應(yīng)用一組電極，放置在顳葉-頂葉交界部，結(jié)果在iEEG記錄上顯示了感覺引起的γ帶反應(yīng)，其頻率高達(dá)80 Hz（特異記錄系統(tǒng)有效研究的上限）。這表明誘導(dǎo)的GBR事實(shí)上包含了比從頭皮EEG所能看到更高頻率、更寬廣的范圍；而那種在視覺皮層iEEG中記錄到的不均勻反應(yīng)，則是不同潛伏期、不同解剖特異性的反應(yīng)的集合。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果引發(fā)了一個(gè)早期研究。該研究顯示，當(dāng)受試者看臉孔時(shí)，梭狀回的活動(dòng)有高達(dá)45 Hz的功率增加。還有作者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，感覺-運(yùn)動(dòng)皮層γ帶活性增加。此研究不僅是涉及人類作業(yè)相關(guān)HFA的第一個(gè)iEEG報(bào)告，也提供了清楚的證據(jù)，表明感覺-運(yùn)動(dòng)皮層HFA增加的空間分布是特異地對(duì)應(yīng)于不同軀體部位之運(yùn)動(dòng)的。隨著此項(xiàng)研究工作的進(jìn)行，很快就有其他的iEEG研究。研究顯示，當(dāng)執(zhí)行視覺-運(yùn)動(dòng)行為時(shí)，感覺-運(yùn)動(dòng)皮層的HFA增高（圖7-7）［5］。

圖7-7　在顱內(nèi)腦電圖原始信號(hào)中可以看到作業(yè)所誘發(fā)的高頻活性

給予視網(wǎng)膜中央凹200 ms的圖片（臉孔）閃光刺激，讓病人固定看計(jì)算機(jī)熒屏的中央。信號(hào)是腦梭狀回的原始雙極電極記錄（表達(dá)為感興趣時(shí)間窗范圍內(nèi)最大幅度值的百分比）。在原始的記錄中可以明顯看到HFA（方形方框），同時(shí)有被刺激所誘發(fā)的事件相關(guān)電位（ERP），還有α和β振蕩（分別在刺激提呈之前和之后）。（圖引自［5］）

腦電γ節(jié)律通常可以在多個(gè)腦區(qū)出現(xiàn)，不論處于清醒還是睡眠狀態(tài)。近來對(duì)它的產(chǎn)生機(jī)制有不少討論。例如，歷來為大家所關(guān)心的γ節(jié)律產(chǎn)生的細(xì)胞和突觸機(jī)制，歸納起來有如下幾點(diǎn)。第一，γ節(jié)律的發(fā)生總是與神經(jīng)元胞體周圍抑制相關(guān)聯(lián)。第二，γ振蕩往往是短暫的，通常由興奮與抑制協(xié)調(diào)的相互作用而產(chǎn)生。第三，γ節(jié)律典型地與單個(gè)神經(jīng)元的不規(guī)則放電同時(shí)發(fā)生。由于發(fā)生機(jī)制的不同，γ節(jié)律的網(wǎng)絡(luò)頻率可有很大變異。第四，γ振蕩的振幅可被慢節(jié)律調(diào)制。這種跨頻率耦合的可能作用是把神經(jīng)回路的不同活性塊的活動(dòng)關(guān)聯(lián)起來［16］。

γ波段振蕩（25～140 Hz）在哺乳動(dòng)物前腦普遍存在，涉及感覺加工、注意、學(xué)習(xí)與記憶。中腦電波也可有γ振蕩，中腦視頂蓋（optic tectum，OT）是一個(gè)負(fù)責(zé)調(diào)控空間記憶的中樞結(jié)構(gòu)。鳥類的中腦視頂蓋可產(chǎn)生大振幅、空間特異的γ振蕩，離體、在體均可產(chǎn)生。鳥類中樞結(jié)構(gòu)的γ振蕩，與哺乳動(dòng)物新大腦皮層和海馬的γ振蕩非常類似［17］。

上述先驅(qū)研究推動(dòng)了一個(gè)穩(wěn)定增長的研究領(lǐng)域。在人腦內(nèi)，認(rèn)知的HFA是到處存在的，而且是作業(yè)特異的。不到10年的工夫，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，HFA是皮層加工的一個(gè)指標(biāo)，不僅涉及感覺系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)皮層，也可能涉及作業(yè)的任何皮層腦區(qū)。越來越多的HFA實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這是一個(gè)普遍性的、有目的的皮層加工過程指標(biāo)。這一點(diǎn)與理論上的看法相一致，把γ帶同步化從感覺-運(yùn)動(dòng)整合延伸到作用機(jī)制，一直到把它看作普遍性的神經(jīng)信息通信原理。然而，人類HFA的iEEG研究也提供了新的、建設(shè)性的發(fā)現(xiàn)，還有待于更好地整合到現(xiàn)今的理論框架之中［5］。

在顱內(nèi)ERP（intracranial ERP，iERP）范圍里面出現(xiàn)大幅度LFP的特定環(huán)境，這給我們以暗示，iERP選擇性地反映錐體細(xì)胞頂樹突相對(duì)持久的、時(shí)間上同步的、空間上組構(gòu)起來的突觸活性。這種情況可以因興奮性突觸后電流（EPSC）或抑制性突觸后電流（IPSC）而產(chǎn)生。因此，iERP的增加反映興奮增加或抑制增加，或者甚至反映更復(fù)雜的神經(jīng)調(diào)制過程。近來的確有研究提示，在海馬腦薄片中，終止于錐體細(xì)胞上的抑制性中間神經(jīng)元的單個(gè)鋒電位，足夠引起LFP，而錐體細(xì)胞本身的鋒電位卻不能。海馬腦薄片的其他組合模型及記錄實(shí)驗(yàn)研究提示，電壓門控的跨膜神經(jīng)元電流是刺激誘發(fā)低頻iERP的主要貢獻(xiàn)者［5］。

人類顱內(nèi)EEG（iEEG）主要是以癲癇病人為對(duì)象做的，旨在進(jìn)行手術(shù)前作圖。當(dāng)病人實(shí)施認(rèn)知作業(yè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)iEEG信號(hào)中有HFA，其頻率在40 Hz和150 Hz之間，具有精細(xì)的解剖、功能和時(shí)間特異性。原來對(duì)HFA是在知覺或運(yùn)動(dòng)捆綁前提下解釋和了解的，這與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中研究γ帶（“40 Hz”）的神經(jīng)同步化相一致。今天我們根據(jù)對(duì)HFA的了解，已經(jīng)把它看成為更一般性的皮層加工活動(dòng)的指標(biāo)。作業(yè)誘導(dǎo)的HFA研究發(fā)現(xiàn)，在具有很好空間和時(shí)間分辨的條件下，局部神經(jīng)元群體參與了手頭作業(yè)（task-at-hand），也可能是神經(jīng)通信機(jī)制允許它們這樣做。本章推出一種看法，就是應(yīng)用iEEG方法研究HFA，將有可能為認(rèn)知的神經(jīng)基礎(chǔ)提供新認(rèn)識(shí)，而這是從其他研究途徑例如fMRI所不容易得到的。有一系列實(shí)例支持了這種看法，例子來自研究記憶、語言和默認(rèn)模式的網(wǎng)絡(luò)，以及成功地達(dá)到的實(shí)時(shí)功能制圖。總體說來，在人類認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中，用iEEG研究HFA將會(huì)產(chǎn)生越來越多的作用，因?yàn)檫@可以明確而清楚地與動(dòng)物基礎(chǔ)研究聯(lián)系起來。本章結(jié)尾要討論此領(lǐng)域?qū)淼倪M(jìn)一步發(fā)展，例如通過應(yīng)用多維度電極，以及把iEEG和腦磁圖（magnetoencephalography，MEG）及fMRI融合、聯(lián)用［5］。

根據(jù)上述理由，將要推出一種用iEEG記錄方法研究HFA的看法，由此可能提供對(duì)人類認(rèn)知神經(jīng)基礎(chǔ)的一種理解，而這種理解是難以根據(jù)BOLD的fMRI研究或者事件相關(guān)電位（ERP）分析方法得到的。用iEEG研究認(rèn)知性的HFA現(xiàn)在已有很廣闊的前景，本章將引用一些有意思的例子支持上述觀點(diǎn)。第二個(gè)目的是提出一些指導(dǎo)性的看法，如何用iEEG進(jìn)一步研究認(rèn)知性HFA。第三個(gè)目的是想象今后的發(fā)展。在我們看來，iEEG研究將要在人類的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域引起大的突破［5］。