針對突然聲音，大腦的反應會在毫秒內展開。在這個極速處理鏈中，最早出現的央質誕記之一，是腦電圖中一個明顯的負向偏轉，被稱為 N100 聽覺誕發電位。
大約在聲音出現 100 毫秒後產生，並在額中央頭皮區域達到峰值，N100 代表了對聽覺刺激的必然央質反應。它標誌著原始聲學信息從中檔縼電站過渡到首個有意義的央質計算。了解該成分在不同條件下的表現——以及它在某些臨床狀態下如何受損——為我們觀察大腦的感官編碼機制提供了一個非常渺晰的窗口。
什麼是 N100？
N100 聽覺誘發電位標誌著感官編碼的一個特定階段。它代表了人類大腦將傳入的聽覺輸入與內部模型進行比較以確定聲音可能性的計算過程。N100 成分在預測加工架構中發揮作用，用以測量感官信號與所學模型之間的一致性。
這一計算角色的直接證據來自於 Todorovic & Lange 的一項腦磁圖研究，該研究仔細剖析了塑造聽覺感知且經常相互混淆的兩個過程。該研究正交操縱了刺激重複（特定音調的局部、即時歷史）和刺激預期（關於哪些音調傾向於跟隨其他音調的已學統計機率）。
時間分離表明，在刺激後 40 到 60 毫秒的短暫窗口內發生的早期聽覺反應，會被單純的重複選擇性地削弱。無論聽眾是否根據更廣泛的模式有所預期，一個僅僅重複上一試驗的音調都會誘發較小的早期神經反應。
隨後跨越 100 到 200 毫秒的處理窗口則呈現出完全不同的情況。在這裡，神經反應被有效的預期選擇性地抑制。當根據序列中已學的統計規律性可以預測某個音調時，即使該音調與緊接在前的刺激相比發生了變化，該延遲範圍內的活動也會可靠地減少。由於 N100 成分恰好落在這 100 到 200 毫秒的頻帶內，因此它可作為該感官編碼中間階段的神經標誌。
此階段將自上而下的預測信號（即大腦較高皮質區域對即將發生的感官事件產生的預測）與來自耳朵的自下而上的感官輸入相結合。當預測與輸入一致時，N100 就會收縮。當它們發生衝突時，N100 就會膨脹，表明皮質必須付出更多努力來編碼這項意外事件。
感官門控與對重複聲音的習慣化
除了單試驗編碼之外，N100 還提供了大腦如何通過一種稱為感官門控的過程來管理重複刺激的敏感解讀。感官門控描述了一種自動的神經學過濾，它保護更高的認知系統不被冗餘資訊所淹沒。健康的門控系統會迅速降低對重複、無關聲音的反應，從而為新穎或顯著的事件保留處理帶寬。
在腦電圖 (EEG) 實驗室中，這種能力通常使用雙點擊範式來測量，其中在快速連續中呈現兩個完全相同的點擊，分別標記為 S1 和 S2。健全的門控反應特徵在於，與 S1 相比，對 S2 產生的 N100 明顯要小得多。
雖然使用雙點擊的實驗室門控測量捕獲了這種過濾機制的一個特定部分，但對更長一串相同刺激的習慣化則提供了一個互補且資訊豐富的視角。一項使用高密度腦電圖的研究向參與者呈現了四個相同音調的序列，並研究了 N100 在連續呈現中的變化方式。
在典型發育的個體中，N1 反應的振幅呈現出清晰的習慣化模式，隨著音調的重複而逐漸減小。大腦有效地確定了重複的聲音不攜帶新資訊，並相應地向下調整了其電生理反應。由此產生的適應性減弱代表了一種基本的效率機制，可防止感官系統在處理靜態且行為上無關的聲學背景中不斷投入代謝資源。
此外，源自雙點擊範式的 N100 門控指標為這種過濾過程提供了幾個定量窗口。研究人員可以測量對第一次點擊的反應振幅，這展示了大腦的初始註冊能力。對第二次點擊的振幅則表示該初始信號保留了多少。
從這些數值中，可以得出振幅差（通過從 S1 反應中減去 S2 反應計算得出），以及用 S2 振幅除以 S1 振幅得出的門控比率。較小的差值分數和較大的門控比率通常指向退化的過濾機制。
門控指標 | 解讀 |
|---|---|
S1 振幅 | 初始註冊能力 |
S2 振幅 | 持續的反應強度 |
振幅差 | S1 減去 S2 |
門控比率 | S2 除以 S1 |
注意力和預期如何塑造 N100
注意力和預期通過根據傳入聲音的行為相關性和資訊新穎性調製其振幅來塑造 N100。這種反應性表明 N100 扮演著一個動態過程的角色，在此過程中預期和注意力動態地將認知資源分配給聽覺刺激。
在大腦電位的分類中，N100 佔據了一個引人入勝的中間地帶。它足夠早，可以被視為一個感官成分，在很大程度上受到聲音物理特性的驅動，然而事實證明，它很容易受到來自初級聽覺通路之外的影響。
這種靈活性機制的基礎在於重複和預期抑制之間的相互作用。預期選擇性地削弱 100 到 200 毫秒反應窗口（正是 N100 所在的延遲範圍）的這一發現，為注意力觸發模型提供了經驗基礎。有效的預期代表了自上而下預測的神經計算實現。
當大腦準確地預期到某個聲音時，它的到來會產生較小的預測誤差信號，這在電生理學上表現為較小的 N100。這通常被視為高效處理的標誌，表明大腦對聽覺環境的內部模型足夠準確，可以部分抵消對感官輸入進行完整皮質反應的需求。
值得注意的是，這種概念化將 N100 與更早的、注意力前的成分（如 P50）區分開來。P50 門控被認為是由在意識注意力介入之前起作用的自動、硬連線過濾所誘發的，而 N100 則標誌著大腦開始主動將感官證據與其當前的一組感知假設進行比較的起點。
當一個聲音因為出乎意料、新穎或與任務相關而需要引起注意時，N100 反應就會被保留或增強，表明該感官事件已通過初始過濾，需要分配有限的認知資源。
精神分裂症患者的感官註冊缺陷
將 N100 與感官註冊和注意力分配聯繫起來的理論架構，在精神分裂症研究中找到了其最具臨床意義的應用。
精神分裂症的一個核心且令人痛苦的特徵是，患者主觀上會感受到被感官資訊淹沒的體驗。聲音聽起來更大、更具侵入性且更難以忽視。感官門控框架為理解這些症狀提供了一個神經學視角，它假設大腦過濾無關輸入的能力崩潰，導致大量無差別的感官數據進入意識狀態。
一項 2020 年的大規模調查採用被動聽覺雙點擊範式，檢查了 104 名臨床穩定的精神分裂症患者和 102 名健康對照組受試者的 P50、N100 和 P200 門控。這項研究代表了同類研究中最大規模的單一分析，共同探討了這三個成分。
在其中，與對照組相比，精神分裂症患者在 N100 中表現出顯著的感官門控缺陷，其特徵是門控比率較大且振幅差較小。這些結果表明，在這一中間延遲窗口中運行的過濾機制明顯受損。
至關重要的是，這種缺陷的模式並不是門控過程的通用削弱。進一步的分析表明，精神分裂症組的 N100 和 P200 顯示出較小的 S1 振幅。這些患者的聽覺系統最初對聲音的編碼不像健康個體那樣強烈。與其說問題主要是未能抑制第二次冗餘的點擊，不如說核心異常之一似乎是處理配對中第一個聲音時皮質參與度降低。
值得注意的是，該研究發現 N100 門控指標與臨床量表測量的精神分裂症標準陽性或陰性症狀群之間沒有相關性。這表明 N100 註冊缺陷可能發揮著該疾病穩定、特徵般的神經標誌的作用，而不是一個隨著急性症狀嚴重程度而波動的指標。
N100 對大腦刺激出人意料的韌性
鑑於 N100 明確參與了精神和神經發育狀況，直接調製該成分的努力似乎是一個符合邏輯的治療步驟。
經顱直流電刺激 (tDCS) 代表了最容易獲得的非侵入性神經調控形式之一。通過經由頭皮電極施加微弱的電流，tDCS 旨在改變底層皮質神經元的靜息膜電位，從而改變它們的興奮性和反應性。利用 tDCS 靶向聽覺皮質已被提議作為精神分裂症聽覺處理障礙（包括由 N100 指示的障礙）的潛在干預措施。
對這一命題的一項嚴格測試檢查了在左側顳後皮質施加陽極 tDCS 的效果。Kunzelmann 等人的研究採用了強大的交叉設計，在相隔一週的兩次獨立會議中測試了 24 名健康參與者。
在其中一次會議中，參與者接受了主動的陽極刺激。在另一次會議中，他們接受了偽刺激（一種安慰劑條件，其中電流短暫上升然後關閉，模擬初始感覺而不提供持續的刺激）。在刺激前、刺激中和刺激後，在被動聽音期間記錄了包括 N100 在內的聽覺誘發電位。
作者發現，對於所研究的任何 N100 振幅或延遲，陽極刺激和偽刺激之間沒有顯著差異，並且刺激隨時間的推移也沒有顯著影響。即使是詳細的地形分析，即繪製 N100 時間窗口內整個頭皮的電壓分佈圖，也未能揭示除在兩種情況下均等觀察到的普遍習慣化效應之外，由刺激引起的任何變化。
這一無效結果表明，N100 聽覺誘發電位的神經生理產生器對通過顳皮質施加 tDCS 所產生的那種微弱、瀰漫的電場具有顯著的韌性。
簡而言之
N100 展示了一個關鍵時刻，大腦通過將聲音與基於過去經驗建立的預測進行比較，來決定一個聲音值得多少注意力。重複或預期中的聲音會產生較小的反應，而令人驚訝的聲音會產生較大的反應，這表明大腦會獎勵準確的預期並節省能量。這使得 N100 成為一個特別有用的指標，用以衡量在更高認知過程接管之前，感官系統對聽覺世界的過濾效果如何。N100 似乎也是一個穩定的、特徵般的標誌，而不是症狀衡量器，並且它能抵抗直接的電刺激，這對擬議的治療方案設定了重要的限制。
參考文獻
Todorovic, A., & de Lange, F. P. (2012). 重複抑制與預期抑制在早期聽覺誘發磁場中具有時間可分離性。神經科學雜誌：神經科學學會官方期刊，32(39), 13389–13395. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2227-12.2012
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Kunzelmann, K., Meier, L., Grieder, M., Morishima, Y., & Dierks, T. (2018). 聽覺皮質經顱直流電刺激對聽覺誘發電位無影響。神經科學前沿，12, 880. https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00880
常見問題
什麼是 N100 聽覺誘發電位？
N100 是腦電圖中的一個負偏向，大約在聲音開始後 100 毫秒出現，其峰值位於額中央頭皮區域。它代表了一種強制性的皮質反應，標誌著聲學資訊從皮質下中繼站轉移到早期皮質計算的時刻。
N100 與 P300 或 N400 等較晚的波有何不同？
P300 和 N400 反映了更高階的認知過程，如背景更新和語義整合，而 N100 則處於中間功能十字路口。這個位置使 N100 能夠捕捉自動感官檢測與注意力資源最早分配之間的過渡。
重複和預期如何影響 N100？
單純的重複會在 40-60 毫秒的窗口內抑制非常早期的聽覺反應，而有效的預期則會選擇性地抑制包含 N100 的 100-200 毫秒窗口內的反應。當根據已學的統計模式預期到某個聲音時，N100 就會收縮；當聲音與預期衝突時，N100 就會增大。
什麼是感官門控，以及如何使用 N100 來測量它？
感官門控是大腦的自動過濾機制，可防止冗餘資訊淹沒更高的認知系統。在雙點擊範式中，健康的門控系統對第二次點擊產生的 N100 明顯較小，而較小的振幅差或較大的門控比率則指向退化的過濾。
Emotiv 是一家神經科技領導者，透過可近用的 EEG 和腦部資料工具，協助推動神經科學研究進展。
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克里斯蒂安·布戈斯
