人類腦波與邊界感知
簡介
想像身處一望無際的汪洋、亦或是浩蕩的草原，無論朝何處看去，景色皆一成不變，若非透過日月、星空等等，很可能迷失其中。因此，對於建立空間方向感，參考景物有其必要性，其中，邊界是重要的參考物之一，例如牆壁、山崖、海岸線，邊界可讓我們認知空間大小，且成為獨特標的物，增加我們的導航能力。究竟如何處理空間中的邊界資訊呢？加州大學洛杉磯分校的研究團隊發現，人類特定頻率的腦波會在接近邊界時增強，無論是本人或是看到其他人靠近皆有相似的結果，說明對於二者邊界感知可能採用同一套機制，研究成果發表在Nature期刊。
以顱內腦電圖記錄內側顳葉腦波
人類研究固然不像其他動物實驗，可以任意插入電極，而是邀請正在接受植入式裝置治療的癲癇患者作為受試者，這個裝置將電極置於內側顳葉(medial temporal lobe, MTL)，此位置為癲癇好發之處，透過即時偵測腦波，當發現異常時，就以主動刺激方式予以治療。而內側顳葉也和空間導航高度相關，因此可以藉由此裝置，得到在不同實驗情形下，人類顱內腦電圖(intracranial EEG, iEEG)資料並進行分析。
實驗任務
實驗任務分為以下兩種：
(1) 個人導航任務：受試者在空間內走動(如Fig. 1a 中的Walker，此時並沒有Watcher在房間內)，受試者由耳機接收指令。(a) 首先，指令先要求受試者走到可看見的特定目標(Visible cue，可見之目標物平均貼於四周牆上，圖中僅顯示其中之一)。(b) 到達特定目標後，再去尋找隱藏目標(Hidden goal，受試者已先行記憶起隱藏目標位置，不只一處，圖中僅顯示其中之一)。
(2) 觀察他人任務：受試者坐在一個角落(如Fig. 1a 中的Watcher)，觀察一名工作人員在房間內走動的路線，受試者被要求當工作人員靠近隱藏目標時(受試者已記憶其位置)，按下手中按鈕。
 |
| Fig. 1. 實驗任務示意圖及實驗結果示意圖。圖片出自[2]。 |
內側顳葉腦波測量結果
實驗結果顯示，當受試者接近邊界時，內側顳葉中的theta波(約為8-12Hz)強度會增強(Fig. 1b Walker-黑色線段，對應到Fig. 1a 代表行進路線的黑色線段)，而位於空間較中間時，theta波強度較小(黃色線段)。特別的是，受試者所處狀態也會影響腦波，實驗中當受試者尋找隱藏目標時(黑色線段)，theta波強度會大於受試者只是往可見目標前進(藍色線段)，作者說明：可能因為尋找隱藏目標對於空間記憶的要求較高。
除了個人任務，當受試者觀察工作人員時，theta波也會因為工作人員靠近邊界而變強，並且theta波變強僅出現在工作人員靠近隱藏目標時。
綜上所述，theta波強度變大會發生在接近邊界、且進行需要空間記憶的找尋隱藏目標任務時，而且即使自身並未行動，僅觀察他人時此現象也會發生。
結語
過去在小鼠的研究中有發現到邊界細胞，此類細胞會在靠近邊界時活性升高，但腦電圖測量的是神經元群體活性，非單一神經元，因此不同神經元如何整合呈這篇實驗結果，仍有待未來研究探索。除此之外，真實世界依舊複雜太多，正常情況下，自身和其他人會同時運動，而且一個空間下會有多個人存在，那麼此時大腦如何編碼空間資訊呢？期待未來的實驗會告訴我們答案！
撰稿：黃宣霈 H. P. Huang
原始論文：
Stangl, M. et al. Boundary-anchored neural mechanisms of location-encoding for self and others. Nature 1–6 (2020) doi:10.1038/s41586-020-03073-y.
參考文章：
2. Brain rhythms that help us to detect borders
留言
張貼留言