我们能信任丘脑底核局部场电位吗？限制细胞外记录可解释性的几何与动力学因素

局部场电位（local field potentials, LFPs）通常被广泛解释为群体突触活动的读出，这一假设几乎完全来源于皮层记录。此类原则是否可推广至皮层下结构，仍不明确。我们在丘脑下核（subthalamic nucleus, STN）中探讨了这一问题。STN中的LFP常规被记录，并被用于指导帕金森病的自适应脑深部刺激。为此，我们采用了一个具有生物物理细节的群体模型，并以患者微电极记录作为基准进行验证。与皮层相同，STN细胞外电位主要由突触电流主导。然而，不同于皮层的是，LFP无法根据这些电流或其他群体平均量进行可靠预测。这种分离源于STN神经元对称的形态结构及其缺乏复发性连接，这些特征促进了单神经元贡献之间的相消干涉，使LFP与群体水平动力学发生解耦。 这种解耦并非绝对：病理性β同步通过一致的底层动力学恢复了稳健的突触-LFP关系，而功率谱密度的非周期斜率则追踪了STN神经元形态、放电率以及兴奋-抑制平衡。综上，这些发现挑战了将LFP视为群体活动普适读出的主流观点。我们的结果表明，细胞外信号的可解释性关键取决于神经元形态和同步化状态，并为在帕金森病自适应脑深部刺激中将STN LFP用作生物标志物提供了机制性框架。

局部场电位（local field potentials, LFPs）被广泛解释为群体突触活动的读出，这一假设几乎完全来源于皮层记录。然而，这些原则是否可推广至皮层下结构仍不清楚。我们在丘脑底核（subthalamic nucleus, STN）中研究了这一问题；在该脑区，LFP被常规记录，并用于指导帕金森病的自适应脑深部刺激。为此，我们采用了一个具有生物物理细节的群体模型，并以患者微电极记录为基准进行了验证。与皮层类似，STN的细胞外电位主要由突触电流所主导。然而，不同于皮层的是，LFP无法根据这些电流或其他平均群体量进行可靠预测。这种解耦源于STN神经元对称的形态以及缺乏复发性连接，这些特征促进了单神经元贡献之间的相消干涉，从而使LFP与群体水平动力学脱耦。这种解耦并非绝对：病理性β同步通过其一致的潜在动力学恢复了稳健的突触-LFP关系，而功率谱密度的非周期斜率则反映了STN神经元形态、放电率以及兴奋-抑制平衡。

总之，这些发现对将LFP视为群体活动普适读出的主流观点提出了挑战。我们的结果表明，细胞外信号的可解释性在关键程度上取决于神经元形态和同步化状态，并为在帕金森病自适应脑深部刺激中将STN LFP作为生物标志物使用提供了机制性框架。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.08.737284v1?rss=1

🏷️ 丘脑下核 局部场电位 帕金森病 脑深部刺激 神经元形态 β同步