这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

人类大脑皮层对双耳相干性的处理机制研究

作者及机构
本研究由Robert Luke（麦考瑞大学，悉尼）、Hamish Innes-Brown（Oticon A/S Erikholm研究中心，丹麦）、Jaime A. Undurraga和David McAlpine（麦考瑞大学）共同完成，发表于2022年5月20日的开放获取期刊《iScience》（卷25，文章编号104181）。通讯作者为Robert Luke（robert.luke@mq.edu.au）。

学术背景

科学领域：研究属于听觉神经科学和认知心理学交叉领域，聚焦于双耳听觉空间处理的神经机制。
研究动机：日常环境中，声音以混合形式到达双耳，大脑需通过双耳线索（如双耳时间差ITD和强度差ILD）分离声源并构建空间感知。其中，双耳相干性（interaural coherence, IAC）是衡量双耳信号相似性的关键指标，高IAC声音通常被感知为紧凑的听觉对象，而低IAC声音则显得弥散。然而，IAC如何影响听觉对象的形成及其神经表征尚不明确。
研究目标：
1. 探究人类如何利用IAC区分多声源与单声源；
2. 揭示超生理范围ITD（supra-ethological ITD）对听觉感知的额外影响；
3. 通过计算模型和神经影像技术解析IAC处理的皮层机制。

研究流程

实验设计：研究分为行为实验和神经影像实验两部分，共招募27名健康成人参与者（行为实验7人，神经影像实验20人）。

1. 行为实验

实验1：对称声源定位
- 刺激设计：参与者通过耳机听取两段声音，每段包含一个参考声（IAC=0）和一个测试声。测试声分为两类：
- 单声源：IAC从0到1梯度变化（步长0.2）；
- 双声源：两个独立声源，分别施加对称ITD（±250μs、±375μs、±500μs等）。
- 任务：参与者判断哪段测试声更接近参考声的弥散特性。
- 数据分析：计算参与者选择双声源的比例，拟合IAC与感知相似性的关系曲线。

实验2：非对称声源定位
- 扩展条件：双声源的ITD随机选自125–3000μs范围，覆盖生理和超生理范围。
- 关键分析：比较ITD在头部宽度内（≤680μs）和超出宽度时，IAC感知的差异。

计算模型：
- 构建IAC内部表征模型，模拟不同ITD范围下神经延迟通道（delay taps）的分布。
- 通过最小化行为数据与模型预测的误差，确定最优延迟范围（即“p限值”，p-limit）。

2. 神经影像实验

• 技术：采用功能性近红外光谱（fNIRS）测量皮层血流动力学响应，聚焦颞平面（planum temporale）。
  
• 刺激：播放不同IAC（0–1）的500Hz窄带噪声，记录氧合血红蛋白（oxy-Hb）浓度变化。
  
• 分析：
  
  • 对比高/低IAC的神经活动差异；
    
  • 通过广义线性模型（GLM）量化IAC与神经资源消耗的关系。
    

主要结果

1. 行为实验发现：

   • 双声源与单声源的感知混淆程度随ITD增大而升高。例如，ITD=±500μs时，参与者无法区分双声源与IAC=0的单声源（选择率50%）。
     
   • 超生理ITD（如±1500μs）进一步降低感知IAC，表明大脑对非自然ITD的表征存在限制。
     
   • 计算模型显示，最佳延迟范围为刺激中心频率半周期（p限值），与小型哺乳动物的神经生理数据一致。
     

2. 神经影像结果：

   • 低IAC声音引发更强的颞平面活动（oxy-Hb浓度增加2.8μM，p<0.01），表明感知模糊性需更多神经资源。
     
   • 颞平面作为“计算枢纽”，在整合不可靠空间线索时负荷显著增加。
     

结论与意义

科学价值：
1. 揭示了IAC作为听觉对象分组的核心线索，补充了听觉场景分析理论（Bregman, 1994）；
2. 提出频率依赖的ITD表征模型（p限值），为跨物种听觉空间编码的保守性提供证据；
3. 证实颞平面在解决感知模糊性中的计算负荷机制，支持背侧通路（dorsal pathway）的空间处理假说。

应用价值：
- 为人工听觉设备（如助听器）优化空间音效提供神经依据；
- 启发虚拟现实（VR）中声场渲染算法的改进。

研究亮点

1. 创新方法：结合行为范式、计算建模和fNIRS，首次量化IAC处理的皮层负荷；
   
2. 跨物种一致性：人类ITD编码的p限值与小型哺乳动物（如豚鼠、猫）的神经生理数据吻合；
   
3. 临床启示：低IAC声音的高皮层负荷可能解释耳鸣或听力障碍患者的感知困难。
   

局限性：
- 注意力对听觉对象感知的影响未完全控制（被动聆听范式可能低估真实场景的神经活动）；
- fNIRS空间分辨率有限，需结合fMRI验证颞平面的特异性激活。

其他贡献：
研究开源了实验代码（Julia语言包AuditoryStimuli.jl）和数据集（Mendeley Data），促进听觉神经科学的可重复性研究。