图1：使用Neuropixels探针在皮层深度进行大规模人类单神经元记录。
a，插入人体皮层的Neuropixels探针的特写照片。
b，九个穿透点的记录位置（右侧STG点（RH）绘制在左半球上）。
c，磁共振成像显示 Neuropixels 探针在p1（MTG，颞中回）整个皮层深度的大致位置。
d，p1插入部位切除组织的组织学检查提供了STG内的大致层状边界。
e，语音响应和非响应单元的数量。
f，示例神经元的单次试验尖峰光栅，显示神经元对不同句子的不同反应。每个神经元显示 10 个不同句子的多次试验（用虚线分隔）。右侧显示的是尖峰波形（平均值和随机选取的 100 个单个尖峰）。红线表示句子的起始和偏移。
g，三种类型的尖峰波形（上图；FS，快速尖峰波形；RS，规则尖峰波形）在皮层深度九个部位的分布（下图）。
h, 来自p1中117个神经元（按深度排序）的三个句子（各重复的平均值）的阈值PSTH（50毫秒窗口）显示了各深度的诱发活动模式。上部面板显示了每个句子的声学频谱图，并附有单词和音素注释。freq.，频率；FR，射速（神经元发放的速度）。

要想了解语音感知的神经基础，我们就必须从神经元这一基本计算单元和整个大脑皮层深度的神经元组织两个方面来研究人脑。在这项研究中，我们使用高密度Neuropixels^[1]阵列记录了对语音至关重要的高级听觉区域（颞上回^[2]）九个部位皮层^[3]中685个神经元的信息，同时参与者还聆听了口语句子。单个神经元对多种语音信号进行编码，包括辅音和元音的特征、相对声调、起音、振幅包络和序列统计。每个跨层记录的神经元都表现出对主要语音特征的主导调谐，同时也包含相当一部分编码其他特征的神经元，从而产生了异质^[4]选择性。在空间上，皮层深度相似的神经元往往编码相似的语音特征。所有皮层的神经元活动都能预测高频场电位（脑皮层电图^[5]），为从皮层表面进行大电极记录提供神经元来源。总之，这些结果证明，跨皮层的单神经元调谐是人类颞上回语音编码的一个重要维度。

注：

[1] Neuropixels，神经电极，神经探针。Neuropixels不是一家公司，而是一个开源的项目，由加州理工学院（Caltech）的生物医学工程师Timothy Harris领导的研究小组开发。Neuropixels项目的主要目标是开发一种高效、精确和高密度的神经元活动记录工具，以帮助神经科学家更好地了解大脑的功能和疾病机理。创始人Tim Harris等人最初是在比利时微电子研究中心（IMEC）进行了Neuropixels电极的制造。IMEC是一家欧洲领先的半导体和纳米技术研究机构，其微纳加工技术非常先进。在2014年至2016年期间，Tim Harris和他的团队与IMEC合作，利用IMEC的微纳加工技术制造了Neuropixels电极的早期版本。更多信息可参考 《植入式神经电极-NeuroPixels》 和 《精准医疗先行者(4) -- Imec [一]高密度神经探针Neuropixels》 。

[2] superior temporal gyrus，颞上回，初级听觉皮层。与感觉性失语有关的韦尼克区（Wernicke's Area）位于左侧颞上回的尾部。该区域受到损坏，患者对语言理解有障碍，无法理解听到的和看到的句子的含义。尽管可以流利地连接词语，但说出的句子可能没有意义。更多信息可参考 《笔记：大脑的结构分区》 。

[3] cortical layers，皮层，皮质层，大脑皮层，是大脑的最外面一层颜色较深的结构，这里是神经细胞的胞体所在。大脑皮层也被称为灰质（gray matter）。大脑皮层非常薄，平均厚度只有2.5 mm，因此，无论是直接用肉眼还是用影像学的手段如磁共振成像采集图片，都很难观察到其内部的结构。更多信息可参考 《大脑皮层中各层的分工》 和 《从进化视角看大脑皮层——新皮层和旧皮层》 。

[4] heterogeneous，heterogeneity，异质性，即常说的的差异、差别。更新信息可参考 《异质性和异质性分析》 。

[5] electrocorticography，ECoG, 脑皮层电图或皮层脑电图，是通过对大脑感觉皮层进行定点电刺激来采集大脑的信号的一种半侵入式脑机接口。这种脑机接口的装置植入颅骨内部，但置于脑膜外而非灰质内. 脑皮层电图测量的信号更清晰，可以在手术之前、期间或之后进行，比EEG具有更好的精度和灵敏度，但没有侵入式脑机接口的安全隐患。更多信息可参考 《脑机接口：现状，问题与展望》 和 《颅内脑电图简介》 。

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来源：Nature
标题：Large-scale single-neuron speech sound encoding across the depth of human cortex