光的“节奏魔法”

　　当我们漫步在阳光下，树叶缝隙间晃动的光斑、LED屏幕上快速切换的画面，甚至雨后水面的反射等，都在以一定的频率闪烁着。这些看似平常的闪烁光，其实是自然界和人工环境中无处不在的动态视觉信号[1]，这些信号正在悄然"指挥"着我们大脑深处的视觉皮层，引发一场无声的交响乐。

　　你可能会感到惊讶--大脑视觉皮层，这个负责处理眼中光影色彩的复杂区域，竟然能"听"懂光的节奏。这并非是魔法，而是基于大脑节律与外部世界奇妙的"共振"[2-3]。

　　这一切始于大脑与生俱来的节律，我们的大脑无时无刻不在产生不同频率的振荡。当我们在进行工作、学习等日常活动时，大脑主要产生了β波；而在专注处理视觉信息时，则可能出现更高频的γ振荡[4]。研究发现，当外界闪烁光的频率接近大脑的这些节律振荡时，会发生奇妙的"神经夹带"现象[2]。这好比一个优秀的指挥家，能够统一一支乐队的演奏，通过这种夹带，外部光刺激得以调节大脑内部网络的活动状态，为后续的功能优化奠定了基础。已有研究发现，特定频率的闪烁光（40 Hz）能够诱导大脑产生γ振荡，进而改善神经退行性疾病等带来的认知障碍[3, 5]。

　　那么，当我们身边无处不在的那些动态光信号通过眼睛逐级传递到大脑的视觉皮层后，会怎样影响视觉皮层的功能呢？

　　初级视觉皮层位于大脑后部的枕叶，是大脑处理视觉信息的"关键一站"，堪称大脑视觉世界的"核心解码器"，负责解码物体的轮廓、形状、颜色等特征，是所有高级视觉认知的基础[6]。但它并非简单地传递信息碎片，在视觉皮层中，相邻的、具有相似功能偏好的神经元会协同工作[7]，通过神经元网络的协同配合，视觉皮层可以将简单的线条和边缘组合成更复杂的图形元素，为识别完整的物体信息奠定了基础。

　　近期一项针对成年小鼠初级视觉皮层的研究揭示了长期特定频率的闪烁光对初级视觉皮层神经元功能特性的显著调控作用：轮廓识别更敏锐（方位调谐增强），明暗分辨力提升（对比敏感度优化），进一步证明了闪烁光作为一种动态视觉信号对视觉感知的潜力。（详情请点击阅读原文）

　　研究者给小鼠提供了三种频率（20 Hz、40 Hz和60 Hz）的温和白光，经过长期干预后，利用在体电生理技术检测发现，所有频率的光都让初级视觉皮层神经元对光栅朝向的辨别能力更强，而这就意味着，经过干预大脑能从复杂视觉信息中更清晰、更迅速地提取出目标物体的轮廓等信息。

　　三种频率中，40和60 Hz两组中高频的干预，显著增强了初级视觉皮层神经元对低对比度（即明暗差异小）刺激的反应能力，这使我们眼睛分辨细微差异的能力得到改善。

　　而这背后的原理很直观，特定频率的闪烁光就像给神经元"整队"，让原本杂乱的信号变得有序。三种频率的闪烁光降低了神经元的反应波动、提高了有效信号的清晰度，还能减少神经元之间的"无效沟通"，让整个视觉神经网络协同工作更高效。这些发现与大多数的神经科学认识相符。例如，高精度的视觉编码被认为强烈依赖于低噪音相关的神经元群体活动[8]，而大脑中γ振荡的诱导已被多项研究证实其具有改善阿尔兹海默病等疾病障碍的潜力[3, 5, 9]。

　　尽管当前的许多突破性研究工作都源于动物实验，但它们为未来更深入地理解人类大脑提供了重要参考，非侵入性调控方法正被视为一种潜力巨大的神经技术调控工具。目前基于非侵入性调控策略的一系列研究背后都有着无限的实用价值，这些研究无疑打开了一扇新的窗口，让我们了解到日常生活中那些再寻常不过的光，或许正以一种温柔而强大的方式，帮助我们的大脑保持"活力"。

　　参考文献

　　[1] Wilkins A, Veitch J, Lehman B. LED lighting flicker and potential health concerns: IEEE standard PAR1789 update. In 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. Atlanta, GA, USA, 2010: 171-178

　　[2] Adaikkan C, Middleton S J, Marco A, et al. Gamma entrainment binds higher-order brain regions and offers neuroprotection. Neuron, 2019, 102(5): 929-943.e8

　　[3] Iaccarino H F, Singer A C, Martorell A J, et al. Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature, 2016, 540(7632): 230-235

　　[4] Fries P. Neuronal gamma-band synchronization as a fundamental process in cortical computation. Annu Rev Neurosci, 2009, 32: 209-224

　　[5] Zheng L, Yu M, Lin R, et al. Rhythmic light flicker rescues hippocampal low gamma and protects ischemic neurons by enhancing presynaptic plasticity. Nat Commun, 2020, 11: 3012

　　[6] Rucci M, Ahissar E, Burr D. Temporal coding of visual space. Trends Cogn Sci, 2018, 22(10): 883-895

　　[7] Smith M A, Kohn A. Spatial and temporal scales of neuronal correlation in primary visual cortex. J Neurosci, 2008, 28(48): 12591-12603

　　[8] Stringer C, Michaelos M, Tsyboulski D, et al. High-precision coding in visual cortex. Cell, 2021, 184(10): 2767-2778.e15

　　[9] Yan H, Wang Y, Deng X, et al. Parvalbumin interneuron-dependent hippocampal neurogenesis evoked by prolonged rhythmic light flicker. Adv Sci, 2025, 12(37): e03017

　　作者简介

　　李雪琪：中国科学技术大学硕士研究生。研究方向：神经生物学。

（作者：李雪琪）

（本文来源于公众号：生物化学与生物物理进展）