人类大脑与物理世界之间的"通讯带宽"，构成了智能的根本瓶颈。感觉器官每秒向大脑传递约1100万比特的环境信息，而人类有意识的认知、决策与语言加工，其速率上限却被严格限定在10至50比特每秒之间。这一悬殊落差在日常经验中随处可见：当对方语速过快时，我们便难以听清其所言。在人工智能算力与数据带宽飞速膨胀的今天，如何拓宽生物智能与物理世界之间的信息带宽，已成为脑机接口与认知神经科学共同面对的核心命题。而拓宽带宽的前提，是回答一个更为基础的问题：究竟是何种生理机制，决定了大脑加工信息的速度上限？
2026年7月15日，北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所方方教授团队与王茜副研究员团队，在《美国国家科学院院刊》上在线发表合作研究论文，首次揭示左脑听觉皮层的α节律正是限定言语理解带宽的核心机制。更关键的是，研究通过多模态神经调控技术成功"加速"了这一节律，使受试者能够听懂原本无法分辨的超快速语音，拓宽了大脑的言语接收带宽。这一发现为突破人类交流的生理极限、增强脑机接口通讯带宽提供了全新范式。
大脑的"时钟"：α节律如何切分信息流
在认知神经科学领域，α振荡（alpha oscillation，8–12 Hz）被视为大脑感知与认知的重要时间组织者，如同为信息流划定节拍的"内部时钟"。已有研究表明，落在同一α周期内的简单视觉或听觉刺激易被知觉整合为单一事件，而跨越周期的刺激则被分辨为彼此独立的事件。由此推断，α节律的快慢可能直接决定单位时间内大脑所能"分装"与处理的信息量，即感知带宽的上限。然而，α节律是否真正约束言语理解等复杂认知活动，此前始终缺乏因果证据。
为回答这一问题，研究团队建立了新的认知实验范式，综合运用心理物理学、头皮脑电图（electroencephalography, EEG）、高精度经颅交流电刺激（transcranial alternating current stimulation, tACS）、重复听觉刺激（repetitive auditory stimulation, RAS）与立体定向脑电图（stereo-electroencephalography, sEEG）等多种技术，系统考察言语理解带宽的神经瓶颈及其机制。
找到“带宽”瓶颈：α频率越快，言语带宽越宽
研究团队首先建立了测量个体言语速率阈限（individual speech rate threshold, ISRT）的行为范式。40 名健康被试在聆听不同语速的快速语音后即时复述，研究者据此拟合心理测量函数，确定各被试的 50% 识别阈限。结果显示，静息态下全脑平均的个体α峰值频率（individual alpha peak frequency）与言语速率阈限呈显著正相关：α节律越快，被试理解快速语音的能力（即言语带宽）越强。该相关性在左侧颞叶电极通道上尤为稳健。相比之下，α功率及其他频段能量均与言语速率阈限无显著关联。
图1. 个体α频率预测言语加工速度
调控带宽：让大脑"听懂"原本听不清的语音
α频率与言语带宽之间，究竟是单纯的伴随关系，还是存在直接的因果联系？这一问题的答案，决定了言语带宽是否"可被增强"。研究团队运用高精度经颅交流电刺激，在个体阈限频率附近施加"加速"或"减速"的α频段刺激。结果表明，仅在加速刺激条件下，被试的快速语音识别正确率显著提升，言语接收带宽被切实拓宽；该效应在以个体α频率为基准的补充实验中得到完全复制。
更具启发性的是，当研究团队改用重复听觉刺激进行无创调控时，加速听觉刺激同样增强了被试对快速语音的识别能力；而以相同频率施加的重复视觉刺激则未产生任何效应。这一对比提示，承载言语带宽的关键，正是听觉皮层自身的α节律。
图2. α频段提速型神经调控提升言语加工速度
定位“带宽”限速源头：左脑听觉皮层是关键节点
为更直接地追踪带宽瓶颈的皮层起源，研究团队与首都医科大学三博脑科医院合作，在难治性癫痫患者的听觉皮层植入深部电极。记录结果证实，听觉皮层的局部α峰值频率与个体言语速率阈限高度相关，且该效应具有皮层特异性：仅见于听觉皮层，在躯体感觉皮层与视觉皮层中均不成立。
颅内电极记录还揭示出一个关键的半球不对称现象：加速听觉刺激可显著提高左侧听觉皮层的α频率，对右侧听觉皮层则无此作用。更重要的是，左侧听觉皮层的神经包络跟踪强度能够预测被试随后的言语识别表现，跟踪越强，识别越准确。这进一步表明，左侧听觉皮层的α节律为快速语音解析提供了不可或缺的时间骨架，构成决定人类言语通讯带宽的核心节点。
图3. 颅内电生理实验揭示言语加工速率调控靶点位于左侧听皮层
从"读取大脑"到"拓宽带宽"
长期以来，脑机接口（brain–computer interface, BCI）研究多聚焦于如何更精准地"读取"与"写入"神经信号。本研究则提供了一条互补思路：通过理解并调控大脑自身的节律机制，直接提升机体接收信息的带宽上限。这意味着，未来的脑机接口不仅可作为大脑与机器之间的"翻译器"，还可能成为拓宽人类感知与交流带宽的"增强器"，为高速人机协同、神经康复乃至超越生理极限的信息交流开辟新的可能。
北京大学方方教授、王茜副研究员、北京航空航天大学人文与社会科学学院高雅玥副教授及中国科学院心理研究所杜忆研究员为该论文的共同通讯作者；北京航空航天大学人文与社会科学学院高雅玥副教授、北京交通大学博士研究生范家宁与芯生视界（北京）科技有限公司研究科学家徐娜博士为论文的共同第一作者。
本研究获得科学技术部科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目(2022ZD0204800, 2025ZD0219400, 2021ZD0201500)，国家自然科学基金委创新研究群体 (T2421004)，专项项目 (32441106)以及青年项目 (32200862)等基金的支持。
论文原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2601610123
2026-07-16