人民网北京(jing)4月24日电 （记(ji)者赵竹青）记(ji)者从中(zhong)国科学院自(zi)动化研究所获悉，由该所牵头的联合(he)研究团队通过记(ji)录猕猴实行自(zi)然抓取任务时(shi)的神经活(huo)动，首次发(fa)现在大脑的运动皮层中(zhong)存在一种(zhong)类(lei)似“GPS”的神经编码机(ji)制，能够(gou)在抓取过程中(zhong)实时(shi)表(biao)征手在空间中(zhong)的位置(zhi)。相关成果已于(yu)近日发(fa)表(biao)于(yu)国际学术期刊《自(zi)然·通讯》。
这一发(fa)现为理解大脑如(ru)何控(kong)制运动提供(gong)了全新的视角，并为脑机(ji)接口的设计和机(ji)器人运动控(kong)制带来了重要启(qi)发(fa)。
人类(lei)以及猕猴等(deng)灵长类(lei)动物的手臂可以灵巧地实行各种(zhong)抓取任务。大脑如(ru)何规划(hua)和实行这些任务一直(zhi)是神经科学的核心问题(ti)之一。此(ci)前的研究表(biao)明，大脑海马体中(zhong)的“位置(zhi)细胞”能够(gou)为身体导航提供(gong)空间信息(xi)，帮助(zhu)动物构(gou)建认知地图。然而，对(dui)于(yu)手等(deng)身体部位的运动，是否存在类(lei)似的导航框架一直(zhi)是个未解之谜(mi)。
本研究通过在四只猕猴的大脑背侧前运动皮层植入了微电极阵列(lie)，记(ji)录了它们在自(zi)然抓取任务中(zhong)的神经活(huo)动，并通过多(duo)个摄像头记(ji)录猕猴手部的运动轨(gui)迹，从而分析了该区域神经元(yuan)在抓取任务中(zhong)的活(huo)动模式。
研究发(fa)现，约22%的大脑背侧前运动皮层神经元(yuan)在手部处于(yu)特定空间位置(zhi)时(shi)活(huo)动显著增强(qiang)，形成了“位置(zhi)野”。这些神经元(yuan)能够(gou)实时(shi)、高效地表(biao)征运动中(zhong)的手位置(zhi)，仅使(shi)用50个最活(huo)跃的位置(zhi)神经元(yuan)（约占总记(ji)录神经元(yuan)的10%），就能以80%的准(zhun)确率解码手部运动轨(gui)迹。这一结果表(biao)明，手位置(zhi)信息(xi)在大脑背侧前运动皮层中(zhong)以“位置(zhi)野”编码的形式存在，类(lei)似于(yu)海马体中(zhong)用于(yu)导航的位置(zhi)细胞。
研究进一步发(fa)现，手位置(zhi)信息(xi)与手的运动方(fang)向、速度和抓取目(mu)标的位置(zhi)等(deng)信息(xi)在同一个神经元(yuan)群体中(zhong)共同编码。这种(zhong)混合(he)编码方(fang)式使(shi)得大脑能够(gou)同时(shi)考(kao)虑空间信息(xi)和运动信息(xi)，从而实现了高效的运动规划(hua)和实行。这一混合(he)编码方(fang)式也(ye)正是海马体在空间导航任务中(zhong)所采(cai)用的方(fang)式，提示大脑利用了相似的神经计算框架实现不(bu)同尺度上的空间导航。
这一研究结果也(ye)为脑机(ji)接口和机(ji)器人的发(fa)展提供(gong)了新的思路。通过解码这些位置(zhi)神经元(yuan)的活(huo)动，未来可能实现更(geng)精准(zhun)高效的神经假肢控(kong)制，同时(shi)，可以基于(yu)大脑的运动导航原理，设计更(geng)加灵巧的机(ji)械臂控(kong)制算法。
来源：人民网