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A042 PLOS Biology：眼动里藏着认知地图！iEEG揭示空间导航中扫视与Theta振荡的协奏机制

来源：公众号 PSY-Brain_Frontier ｜发布：2026-03-27 ｜原文链接

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基本信息

Title:Eye movements reflect memory-related theta activity in the human brain

发表时间：2026.3.16

发表期刊: PLOS Biology

影响因子：7.2

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研究背景

在空间导航与记忆领域，内侧颞叶（Medial Temporal Lobe, MTL，包含海马体等关键结构）的Theta振荡（约5-8 Hz）一直扮演着核心角色。如果你熟悉啮齿类动物的研究，一定对这样一个经典现象不陌生：当老鼠在迷宫中奔跑时，其海马体会爆发出强烈且连续的Theta波，且其功率与移动速度高度相关。然而，当研究者试图在人类或非人灵长类动物身上寻找同样的规律时，却发现这一“运动-Theta”耦合机制变得十分微弱且不确定。为什么会出现这种跨物种的差异？

一个极具启发性的假设是：物种间的空间探索策略存在根本性差异。老鼠高度依赖嗅觉和胡须的触觉去感知环境，而人类和灵长类动物则极其依赖高度发达的视觉系统（尤其是眼球的扫视行为）来搜索和锚定周围的世界。这就引出了一个迷人的科学问题：在人类大脑中，驱动MTL内部Theta节律和记忆计算的，究竟是我们迈出的双腿，还是我们四处探索的双眼？

为了解答这一问题，近期发表于 PLOS Biology 的一项最新研究利用了一种极为罕见且硬核的技术：移动式颅内脑电（iEEG）记录。研究团队在一个真实的室内空间中，同步采集了5名癫痫患者在自由行走导航时的内侧颞叶深部脑电信号、眼动轨迹（瞳孔追踪）以及全身的运动学数据。通过精巧的任务设计，这项研究首次在自然行为状态下揭开了“眼动、记忆与脑电节律”之间的复杂动态网络。

Fig 1. Experimental design and task.

研究核心总结

通过让被试交替进行“视觉引导导航（走向可见的墙面标志）”和“记忆引导导航（凭借记忆寻找空间中看不见的隐藏目标）”，研究者剥离了单纯的视觉运动与高级记忆加工，得出了以下核心结论：

一、扫视特异性地调制记忆相关的Theta活动

分析表明，在低频段（特别是5-8 Hz的Theta频段），内侧颞叶的神经活动功率在眼球扫视期间显著高于注视期间。但这一现象具有强烈的任务特异性：扫视带来的Theta功率提升仅发生在依赖内部记忆检索的“记忆引导导航”中。在目标始终可见的“视觉引导导航”任务中，则未观察到显著的扫视相关Theta增强。

Fig 2. Saccadic eye movements are associated with increases in MTL low-frequency power.

二、视觉探索越“发散”，Theta响应越强烈

大脑不仅对是否扫视敏感，还对扫视的模式敏感。研究发现，扫视的幅度越大，伴随的Theta功率越高。此外，通过计算“扫视路径熵（Scanpath entropy）”来量化眼动的空间复杂度，结果显示，在记忆引导任务中，眼动轨迹越分散、探索性越强（高熵阶段），内侧颞叶的Theta功率也显著更高。这暗示了更大范围的视觉采样与更深度的记忆检索网络激活有关。

Fig 3. Saccade-related theta activity depends on memory demands.

三、早期规划与空间边界的放大效应

Theta活动的增强在时间与空间上均非均匀分布。在时间维度上，扫视相关的Theta功率提升主要集中在记忆导航试验的前半段（即早期的路线“规划”与搜索阶段），而在后半段（路线“执行”阶段）则不显著。在空间维度上，当被试靠近环境边界（已知能锚定空间记忆表征的关键线索）时，扫视诱发的Theta增强效应被显著放大。

图10

Fig 4. MTL theta activity scales with saccade magnitude during memory-guided navigation.

四、扫视作为MTL的时间节拍器（相位重置）

研究还计算了成对相位一致性（PPC），发现眼球扫视会诱发内侧颞叶Theta振荡的相位重置（Phase resetting）。有趣的是，这种相位对齐不仅出现在记忆任务中，也出现在视觉引导任务中。这说明扫视行为为内侧颞叶提供了一个基础的“时间结构”，用以切分和组织连续的视觉输入流，而记忆需求则进一步延长了这一同步化的持续时间。

图11

研究意义

这项研究有力地打破了传统上将Theta波单纯视为“运动驱动节律”的观点，揭示了在人类大脑中，眼动才是连接内部记忆与外部环境的桥梁。当我们在环境中迷失或试图回忆路线时，每一次眼球扫视都像是一次主动的“信息采样”指令，它瞬间阻断当前的视觉流，并触发内侧颞叶的一阵Theta活动，帮助我们整合碎片化的感官输入并更新内部的认知地图。

对于认知神经科学领域而言，该研究不仅完美解释了啮齿类与灵长类动物在空间导航神经机制上的差异，还提供了一个极具临床潜力的生物标志物：由于视觉探索与空间记忆的异常往往是阿尔茨海默症等神经退行性疾病的最早征兆之一，这种与“扫视锁定的Theta活动”有望在未来成为评估人类早期记忆功能受损的高敏感度神经指标。

图12

Abstract

Numerous studies across species emphasize the importance of theta oscillations within medial temporal lobe (MTL) regions, such as the hippocampus, in relation to memory. In rodents, physical movement strongly influences theta activity, while this relationship remains more ambiguous in primates. This disparity could stem from the increased reliance on visual search in primates during navigation. To explore this, we analyzed intracranial electroencephalographic (iEEG) activity from the human MTL recorded simultaneously with body and eye movements during ambulatory navigation. We found that MTL theta power was significantly higher during periods when saccadic eye movements were taking place, and this effect was observed only during periods with overt memory demands. The largest increases occurred during saccades with more variable and exploratory gaze patterns, on trials with better memory performance, and during the early planning period of each route. The modulation was also amplified near environmental boundaries, spatial features known to anchor memory representations and guide navigation. During memory-guided navigation, theta power further tended to increase during both locomotion and stationary periods, consistent with broad engagement during active information gathering. In addition to these memory-specific effects, theta aligned its phase to saccade onset during both memory-guided and visually-guided navigation, suggesting that eye movements impose a consistent temporal structure on ongoing MTL activity. Together, these findings reveal that memory-related theta dynamics in the human MTL are tightly coupled to exploratory visual search and prospective planning during memory-guided navigation, revealing a mechanism by which saccades may help organize mnemonic computations in naturalistic settings.

图13