大脑对突然声音的反应在毫秒级内展开。在这一闪电般快速的处理链中，最早的皮层标志之一是脑电图中的一个明显负向偏转，被称为 N100 听觉诱发电位。
N100 大约在声音出现 100 毫秒后出现，并在额中央区头皮区域达到峰值，它代表了对听觉刺激的必然皮层反应。它标志着原始声学信息从皮层下中继站过渡到首次有意义的皮层计算的点。了解这一成分在不同条件下的表现——以及它在某些临床状态下是如何衰退的——为观察大脑的感觉编码机制提供了一个极其清晰的窗口。
什么是N100？
N100听觉诱发电位反映了感觉编码的特定阶段。它代表了大脑将输入的听觉信息与内部模型进行比较，以确定声音可能性的计算过程。N100波形在预测加工架构中发挥作用，用以测量感觉信号与已习得模型之间的一致性。
这一计算角色的直接证据来自Todorovic & Lange进行的一项磁脑图研究，该研究仔细剖析了塑造听觉感知的两个经常被混淆的过程。该研究正交操纵了刺激重复（特定音调的局部、即时历史）和刺激预期（关于哪些音调倾向于跟在其他音调之后的已习得统计概率）。
时间分离表明，在刺激后40至60毫秒的短暂窗口内发生的早期听觉反应，仅受到重复的选择性减弱。无论听众是否根据更广泛的模式预期到它，仅仅在前一次试验中重复出现的音调都会诱发较小的早期神经反应。
随后的加工窗口（跨越100至200毫秒）则呈现出完全不同的情况。在这里，神经反应受到有效预期的选择性抑制。当根据序列中已习得的统计规律可以预测某个音调时，即使该音调相对于紧接在前的刺激发生了变化，该潜伏期范围内的活动也会可靠地减弱。由于N100波形恰好处于这100至200毫秒的区间内，因此它可作为这一感觉编码中间阶段的神经标记。
该阶段整合了自上而下的预测信号（即高级皮层区域对即将发生的感觉事件生成的预测）与从耳朵输入的自下而上的感觉信息。当预测与输入一致时，N100会减小。当它们冲突时，N100会增大，表明皮层必须付出更多努力来编码非预期事件。
感觉门控与对重复声音的习惯化
除了单次试验编码外，N100还提供了一个敏感的读数，用于显示大脑如何通过称为感觉门控的过程来管理重复刺激。感觉门控描述了自动的神经过滤机制，该机制能保护高级认知系统免受冗余信息的淹没。健康的感觉门控系统会迅速减弱对重复、无关声音的反应，从而为新颖或显著的事件保留加工带宽。
在脑电图 (EEG) 实验室中，这种能力通常使用双Click范式进行测量，其中两个相同的Click声以极短的时间间隔相继呈现，标记为S1和S2。强健的感觉门控反应的特征是，相比于S1，S2诱发的N100明显更小。
虽然利用双Click进行基于实验室的门控测量捕捉到了这一过滤机制的特定部分，但对更长串相同刺激的习惯化则提供了一个互补且信息非常丰富的视角。一项使用高密度脑电图的研究向参与者呈现了由四个相同音调组成的音调串，并检查了N100在连续呈现中的变化情况。
在典型发育的个体中，N1反应的波幅表现出清晰的习惯化模式，随着音调的重复而逐渐减小。大脑有效地确定了重复的声音没有携带新信息，并相应地降低了其电生理反应。由此产生的适应性衰减代表了一种基本的效率机制，可防止感觉系统不断投入代谢资源来加工静态且在行为上无关的声学背景。
此外，源自双Click范式的N100门控指标为这一过滤过程提供了多个定量窗口。研究人员可以测量对第一个Click声反应的波幅，这展示了大脑的初始登记能力。对第二个Click声反应的波幅则表明该初始信号保留了多少。
通过这些数值，可以得出波幅差（通过用S1反应减去S2反应计算得出），以及门控比（用S2波幅除以S1波幅）。较小的差值分数和较大的门控比通常指向受损的过滤机制。
门控指标 | 解读 |
|---|---|
S1 波幅 | 初始登记能力 |
S2 波幅 | 持续反应强度 |
波幅差 | S1 减去 S2 |
门控比 | S2 除以 S1 |
注意和预测如何塑造N100
注意和预测通过根据输入声音的行为相关性和信息新颖性调节其波幅来塑造N100。这种响应性表明N100是一个动态过程，其中预期和注意动态地将认知资源分配给听觉刺激。
在脑电位的分类中，N100占据了一个极具吸引力的中间地带。它足够早，可以被视为一个感觉成分，很大程度上由声音的物理属性驱动，但它明显容易受到初级听觉通路之外的影响。
这种灵活性的机制基础存在于重复抑制和预期抑制之间的相互作用中。研究发现预期选择性地减弱100至200毫秒的反应窗口（这正是N100所在的潜伏期范围），这为注意触发模型提供了经验基础。有效的预期代表了自上而下预测的神经计算实现。
当大脑准确预期到声音时，它的到来会产生较小的预测误差信号，这在电生理上表现为较小的N100。这通常被视为高效加工的标志，表明大脑对听觉环境的内部模型足够准确，从而部分抵消了皮层对感觉输入做出完整反应的需要。
值得注意的是，这种概念化将N100与更早的、注意前的成分（如P50）区分开来。P50门控被认为是由在有意识注意介入之前运行的自动、硬连线的过滤所诱发的，而N100则标志着大脑开始主动将感觉证据与当前的一组感知假设进行比较的起点。
当某个声音因为非预期、新颖或与任务相关而需要引起注意时，N100反应会被保留或增强，表明该感觉事件已通过初始过滤器，需要分配有限的认知资源。
精神分裂症中的感觉登记缺陷
将N100与感觉登记和注意分配联系起来的理论架构，在精神分裂症研究中找到了最具临床意义的应用。
精神分裂症的一个核心且令人痛苦的特征是被感觉信息淹没的主观体验。声音似乎更大、更具侵入性且更难被忽略。感觉门控框架为理解这些症状提供了一个神经学视角，认为大脑过滤无关输入的能力崩溃，导致大量未分化的感觉数据到达意识层面。
一项2020年的大规模研究采用被动听觉双Click范式，检测了104名临床稳定的精神分裂症患者和102名健康对照受试者的P50、N100和P200门控。这项研究是同类研究中规模最大的单项分析，共同检查了这三个成分。
在其中，与对照组相比，精神分裂症患者在N100中表现出显著的感觉门控缺陷，其特征是更大的门控比和更小的波幅差。这些结果表明，在这个中间潜伏期窗口中运行的过滤机制受到了明显的损害。
至关重要的是，这种缺陷的模式并不是门控过程的普遍减弱。进一步的分析表明，精神分裂症组对N100和P200表现出较小的S1波幅。这些患者的听觉系统最初对声音的编码不像健康个体那样强健。问题似乎主要不是未能抑制第二个冗余的Click声，核心异常之一似乎是对加工配对中第一个声音的皮层投入减少。
值得注意的是，该研究发现N100门控指标与通过临床量表测量的精神分裂症标准阳性或阴性症状群之间没有相关性。这表明，N100登记缺陷可能作为该疾病一种稳定的、特质般的神经标记物发挥作用，而不是一个随着急性症状严重程度而波动的指标。
N100对脑刺激令人惊讶的韧性
鉴于N100在精神和神经发育疾病中的明确参与，直接调节这一成分的努力似乎是一个合乎逻辑的治疗步骤。
经颅直流电刺激 (tDCS) 代表了最易获得非侵入性神经调控形式之一。通过在头皮电极上施加微弱的电流，tDCS旨在改变深层皮层神经元的静息膜电位，从而改变其兴奋性和响应性。使用tDCS靶向听觉皮层已被提出作为针对精神分裂症中听觉加工障碍（包括由N100索引的障碍）的潜在干预措施。
对这一命题的一次严格检验检查了在左侧后颞叶皮层施加阳极tDCS的效果。Kunzelmann等人进行的研究采用了强健的交叉设计，在一周内分两个独立的会话对24名健康参与者进行了测试。
在一个会话中，参与者接受了主动的阳极刺激。在另一个会话中，他们接受了伪刺激（一种安慰剂条件，其中电流被短暂调高然后关闭，模拟初始感觉而不提供持续刺激）。在刺激前、刺激中和刺激后，记录被动听觉音调期间的听觉诱发电位，包括N100。
作者发现，对于任何所研究的N100波幅或潜伏期，阳极刺激和伪刺激之间没有显著差异，并且刺激随时间推移也没有显著效果。即使是在N100时间窗口内绘制整个头皮电压分布的详细拓扑分析，除了在两种条件下均观察到普遍的习惯化效应外，也未能揭示任何刺激引起的改变。
这种无效结果表明，N100听觉诱发电位的神经生理发生源对于颞叶皮层tDCS所产生的这种微弱、弥散的电场具有显著的韧性。
简而言之
N100展示了大脑通过将声音与基于过去经验建立的预测进行比较，来决定该声音值得获得多少注意力的关键时刻。重复或预期的声音产生较小的反应，而令人惊讶的声音产生较大的反应，表明大脑奖励准确的预期并节省能量。这使得N100成为衡量感觉系统在高级认知过程接管之前过滤听觉世界效果的一个特别有用的指标。N100似乎也是一个稳定的、特质般的标记，而不是一个症状衡量标准，并且它能够抵抗直接的电刺激，这为提议的治疗方法设定了重要的限制。
参考文献
Todorovic, A., & de Lange, F. P. (2012). 早期听觉诱发磁场中重复抑制和预期抑制在时间上是可分离的。神经科学杂志：神经科学学会官方期刊，32(39), 13389–13395. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2227-12.2012
Ethridge, L. E., White, S. P., Mosconi, M. W., Wang, J., Byerly, M. J., & Sweeney, J. (2016). 听觉诱发电位习惯化减弱表明脆性X综合征中皮层过度兴奋。转化精神病学，6(4), e787-e787. https://doi.org/10.1038/tp.2016.48
Shen, C. L., Chou, T. L., Lai, W. S., Hsieh, M. H., Liu, C. C., Liu, C. M., & Hwu, H. G. (2020). 精神分裂症患者的P50、N100和P200听觉感觉门控缺陷。精神病学前沿，11, 868. https://doi.org/10.3389/fpsyt.2020.00868
Kunzelmann, K., Meier, L., Grieder, M., Morishima, Y., & Dierks, T. (2018). 听觉皮层经颅直流电刺激对听觉诱发电位无影响。神经科学前沿，12, 880. https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00880
常见问题
什么是N100听觉诱发电位？
N100是脑电图中的一个负向偏转，大约在声音开始后100毫秒出现，其峰值位于头皮的前额中央区。它代表了一种必需的皮层反应，标志着声学信息从皮层下中继站进入早期皮层计算的时刻。
N100与P300或N400等较晚出现的波形有何不同？
P300和N400反映了高阶认知过程，如背景更新和语义整合，而N100则处于中间功能十字路口。这一位置使得N100能够捕捉自动感觉检测与注意力资源最早分配之间的过渡。
重复和预期如何影响N100？
仅重复会抑制40-60毫秒窗口内极早期的听觉反应，而有效的预期则选择性地抑制包含N100的100-200毫秒窗口内的反应。当根据已习得的统计模式预期到某个声音时，N100会减小；当声音与预期冲突时，N100会增大。
什么是感觉门控，如何使用N100来测量它？
感觉门控是大脑的自动过滤机制，可防止冗余信息淹没高级认知系统。在双Click范式中，健康的感觉门控系统会对第二个Click声产生明显更小的N100，而较小的波幅差或较大的门控比指向受损的过滤机制。
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克里斯蒂安·布尔戈斯
