Science突破：解码意识之门——博睿康助力中国团队揭示丘脑-前额叶环路调控机制

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人类意识如何从复杂的神经活动中涌现？这一困扰科学界的难题近日取得重大突破。2025 年4月4日，《Science》杂志发表了一篇题为 “Human high-order thalamic nuclei gate conscious perception through the thalamofrontal loop” 的重磅研究论文，这项研究由北京师范大学张鸣沙教授团队、中国人民解放军总医院赵虎林教授团队以及琶洲实验室李小俚教授团队联合完成，揭示了意识感知的新机制，为意识研究开辟全新范式。

意识体验的产生一直是科学界的未解之谜。该研究着重关注意识的两个核心方面：全局意识状态和特定意识内容。过往研究虽已探索全局意识状态转换背后的神经基础，但对于日常生活中特定意识体验的产生却鲜有深入解答。此前理论多聚焦于大脑皮层；近期有学说提出丘脑的高阶核团可能通过丘脑-皮层环路直接参与特定意识体验，却苦于无创脑成像技术的时间和空间分辨率有限，难以在人脑中直接验证。

为攻克这一难题，研究团队精心设计了一项视觉任务，并巧妙运用博睿康的超高导联神经信号采集系统和成都集思鸣智的高精度眼动追踪系统EM-2000C，通过结合眼动行为学与立体定向脑电图技术，同时记录了患者大脑中多个丘脑核团和前额叶皮层的数据，并通过系统分析，成功揭示出人类意识体验产生的瞬态过程（数百毫秒）中，丘脑-前额叶环路内相关信息的时空特征与传导模式，为理解人类意识的神经基础提供了新的见解和重要证据。

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实验设计

1. 被试群体：

5名药物难治性头痛患者（均为男性，平均年龄27岁），植入sEEG电极。

2. 电极布局：

丘脑核：覆盖板内核(CM、Pf)、内侧核(MDm)、腹侧核(VA、VLa、VLp)等共194个记录位点。

前额叶(PFC)：覆盖外侧前额叶(LPFC)、前扣带回(cACC)等共213个位点。

3. 任务设计：视觉意识任务

视觉刺激呈现：在中央注视点两侧随机呈现50ms的光栅，通过自适应阶梯法将对比度调整至个体意识感知阈值。
有意识条件：根据光栅出现位置（左/右），按规则提示（绿色/红色注视点）执行朝向对应方向靶点的眼动。

无意识条件：规则反转（绿色/红色提示对应相反方向）。

4. 数据记录：

在患者执行任务的同时，通过sEEG记录丘脑-前额叶环路的神经信号。

图1 视觉意识任务、心理测量曲线和电极位置

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研究结果

1. 事件相关电位(ERP)分析发现，在近阈值条件下，尽管有意识和无意识试次的光栅对比度相似，但多个核团（如中央核和髓板内侧核）在意识试次中的ERP活动与无意识试次相比开始出现显著差异，且这种差异在不同丘脑核团中具有不同的特征。

图2 丘脑核中意识相关活动的特征

2.事件相关谱扰动(ERSP)分析显示，在 imTha 核团中，意识试次比无意识试次在低频段(约2到30Hz)展现出更大的功率增强，且 imTha 核团在约200到400ms 时间窗内，特别是在α频段(8到12Hz)达到峰值。

图3 丘脑核中与意识相关的 ERSP

3.imTha核团比LPFC的意识相关活动出现得更早且更强。相位集中指数分析显示，imTha核团在意识和无意识试次之间的差异比LPFC更早出现，且更强，表明 imTha 核团在意识知觉中可能起着更为关键的作用。

图4 imTha 和 LPFC 中意识相关活动的特征

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研究意义

1.本研究首次通过人类颅内记录揭示高阶丘脑核在意识知觉中的门控机制，填补了皮层下结构在意识研究中的空白。

2.本研究发现板内核(intralaminar nuclei)和内侧核(medial nuclei)（统称为imTha）在意识知觉的快速过程中起关键作用，极大挑战了当前意识研究领域以皮层为中心的主流观点，为解决意识理论间的争议提供了新的视角与关键证据。

3.本研究不仅为理解人类意识的神经基础提供了新的关键证据，还为临床意识障碍患者的诊断和治疗开辟了新思路。在科学理论上，它深化了人们对意识神经机制的理解；在临床应用上，为开发新的诊断方法和治疗策略提供了潜在靶点，如针对 imTha 核团及丘脑-皮层环路的节律性刺激或调控可能为促进意识恢复带来新希望。

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技术突破

博睿康系统实现亚毫秒级神经学解析。本研究的关键突破源于神经信号采集技术的革新。团队采用博睿康研发的超高导联神经信号采集系统（最高可达1024通道），利用立体定向脑电图(sEEG)技术，实现了对丘脑板内核(Pulvinar)、内侧核(Mediodorsal)及前额叶皮层(PFC)的同步多模态记录。该系统以1ms时间分辨率和1.5mm空间精度，通过联合博睿康高采样率颅内脑电和集思鸣智科技有限公司提供的高精度眼动追踪系统产品（采样率1000Hz，空间分辨率0.025°），首次在人类活体捕获到丘脑核团在意识产生过程中的瞬态神经振荡特征。

关于“博睿康”

博睿康技术（上海）股份有限公司

中国脑机接⼝领域的领军企业

博睿康成⽴于2011年11⽉，核⼼团队毕业于脑机智能全球Top5的清华⼤学神经⼯程实验室以及临床神经领域的医疗市场专家，是中国脑机接⼝领域的领军企业之⼀。

以⾃主创新的“脑-机接⼝”技术为核⼼

博睿康是⼀家以⾃主创新的“脑-机接⼝”技术为核⼼，专业从事脑-机接⼝系统相关设备的研发、⽣产、销售以及技术服务的⾼新技术企业。公司致⼒于为神经科学创新研究和临床神经疾病诊断、治疗与康复研究提供专业、完整的解决⽅案。公司主要客户有清华⼤学、中科院、北师大、北航、浙⼤、中科大、上海交⼤、⻄安交⼤、南开⼤学、南京⼤学等知名院校以及北医三院、宣武医院、华⼭医院、301医院、中国康复研究中⼼、清华⻓庚医院等医疗机构。

世界机器⼈⼤赛—脑-机接⼝⽐赛的协办⽅和官⽅指定设备供应商

公司经过多年在脑机接⼝领域的悉⼼耕耘，积累了⼤量的技术储备和设备开发经验，并获得了众多荣誉。截⾄⽬前，公司已累计获得百余项专利技术，14个软件著作权，取得医疗器械⽣产许可证、医疗器械注册证和多个⾼新技术产品认定证书；相继承担或参与了国家⼗⼆五科技⽀撑计划“脑-机接⼝中的微弱信息采集技术及产品开发”课题以及科技部⼗三五重点研发计划 “阿尔兹海默病神经调控及智能康复关键技术和临床应⽤研究”课题；公司连续三届成为世界机器⼈⼤赛—脑-机接⼝⽐赛的协办⽅和官⽅指定设备供应商，并为⼤赛提供技术⼒量保障，为⼤赛的顺利举办保驾护航！

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公司产品不仅可⼴泛应⽤于神经科学、⼼理学、⼈因⼯程、运动学、管理学等科研领域，还可应⽤于临床神经疾病诊断、治疗与康复⼯程等临床医学领域，研发成果与技术实⼒受到了国内外神经⼯程与临床医学领域专家们的普遍认可。

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