中新网北京4月23日电(记(ji)者 孙自法)中国(guo)科学(xue)院自动化研究所(自动化所)4月23日发布消息说(shuo)，由该所牵头的联合研究团队通过记(ji)录猕(mi)猴实行(xing)自然抓取任务(wu)时的神经活动，首次发现在大脑的运动皮层中存在一种类似全球定位系统(GPS)的神经编码机制，能够在抓取过程(cheng)中实时表征手在空间(jian)中的位置(zhi)。
这一神经科学(xue)领域重要研究发现，为理解大脑如何控制运动提供(gong)了全新的视角，并为脑机接口的设计和机器人运动控制带来(lai)重要启发。相(xiang)关成果(guo)论文(wen)由中国(guo)科学(xue)院自动化所、解放军第九医(yi)学(xue)中心、吉林大学(xue)第一医(yi)院等(deng)科研合作伙伴完成，近日已在国(guo)际学(xue)术期刊(kan)《自然-通讯(xun)》发表。
猕(mi)猴自然抓取范式以及PMd神经元的“位置(zhi)野”活动模式。中国(guo)科学(xue)院自动化所 供(gong)图
论文(wen)第一编辑、中国(guo)科学(xue)院自动化所博士研究生曹盛浩先容说(shuo)，人类以及猕(mi)猴等(deng)灵长类动物的手臂可以灵巧(qiao)地实行(xing)各种抓取任务(wu)。大脑如何规(gui)划和实行(xing)这些任务(wu)一直是神经科学(xue)的核心问题之一。此前的研究表明，大脑海(hai)马体中的“位置(zhi)细胞(bao)”能够为身体导航提供(gong)空间(jian)信息，帮助动物构建(jian)认知地图。然而，对于手等(deng)身体部位的运动，是否存在类似的导航框(kuang)架一直是个未解之谜。
本项研究中，合作团队通过在4只猕(mi)猴的大脑背侧前运动皮层(PMd)植入微电极阵列(lie)，记(ji)录它(ta)们(men)在自然抓取任务(wu)中的神经活动，并通过多个摄像头记(ji)录猕(mi)猴手部的运动轨迹，从而分析了PMd神经元在抓取任务(wu)中的活动模式。
研究发现，约22%的PMd神经元在手部处于特定空间(jian)位置(zhi)时活动显著增强，形成了“位置(zhi)野”(即当猕(mi)猴手部进入所在环境中的特定空间(jian)时，对应的位置(zhi)细胞(bao)都被发现激活)。这些神经元能够实时、高(gao)效地表征运动中的手位置(zhi)，仅使(shi)用50个最活跃的位置(zhi)神经元(约占总记(ji)录神经元的10%)，就能以80%的准确(que)率(lu)解码手部运动轨迹。该结果(guo)表明，手位置(zhi)信息在PMd中以“位置(zhi)野”编码的形式存在，类似于海(hai)马体中用于导航的位置(zhi)细胞(bao)。
进一步研究发现，手位置(zhi)信息与手的运动方(fang)向、速度和抓取目标的位置(zhi)等(deng)信息在同一个PMd神经元群体中共同编码。这种混合编码方(fang)式使(shi)得大脑能够同时考虑(lu)空间(jian)信息和运动信息，从而实现高(gao)效的运动规(gui)划和实行(xing)。这一混合编码方(fang)式也正是海(hai)马体在空间(jian)导航任务(wu)中所采用的方(fang)式，提示大脑利用相(xiang)似的神经计算框(kuang)架实现不(bu)同尺度上的空间(jian)导航。
研究团队表示，本项研究结果(guo)也为脑机接口和机器人发展提供(gong)了新的思(si)路。通过解码这些位置(zhi)神经元的活动，未来(lai)可能实现更(geng)精准高(gao)效的神经假肢控制，同时，可以基于大脑的运动导航原理，设计更(geng)加灵巧(qiao)的机械臂控制算法。
来(lai)源：中国(guo)资讯网