記者23日從中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所獲悉，該所科研人員牽頭的研究團(tuán)隊(duì)成功解碼手部運(yùn)動(dòng)的“神經(jīng)地圖”。他們通過觀察獼猴抓東西時(shí)的腦部活動(dòng)，首次發(fā)現(xiàn)獼猴大腦運(yùn)動(dòng)皮層中存在一種類似定位系統(tǒng)的神經(jīng)編碼機(jī)制，能在抓取過程中實(shí)時(shí)追蹤手部在三維空間中的位置，就像手機(jī)導(dǎo)航顯示移動(dòng)軌跡一樣。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然·通訊》雜志。
人類以及獼猴等靈長(zhǎng)類動(dòng)物的手臂都能靈活完成各種抓取動(dòng)作，但大腦究竟怎么操控這些動(dòng)作始終是個(gè)謎。“科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，我們大腦里有種叫‘位置細(xì)胞’的定位器，能幫動(dòng)物認(rèn)路。”論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所研究員余山說(shuō)，手部動(dòng)作是否也有類似的“實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)”，這個(gè)問題困擾了科學(xué)界很多年。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過在4只獼猴的大腦前運(yùn)動(dòng)皮層中植入微電極陣列，記錄了它們?cè)谧匀蛔ト∥锲窌r(shí)的神經(jīng)活動(dòng)，并通過多個(gè)攝像頭記錄獼猴手部的運(yùn)動(dòng)軌跡，最終破譯獼猴大腦指揮手部動(dòng)作的“密碼”。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)獼猴伸手抓東西時(shí)，其大腦前運(yùn)動(dòng)皮層約1/5的神經(jīng)元活動(dòng)會(huì)在手伸到特定位置時(shí)顯著增強(qiáng)。這些神經(jīng)元能夠?qū)崟r(shí)、高效地“反映”運(yùn)動(dòng)中手的位置，僅50個(gè)最活躍的神經(jīng)元就能精準(zhǔn)還原手部移動(dòng)路線，準(zhǔn)確度高達(dá)80%。新型神經(jīng)定位系統(tǒng)的工作方式與海馬體中用于導(dǎo)航的位置細(xì)胞，有異曲同工之妙。
余山表示，這一發(fā)現(xiàn)為理解大腦如何控制運(yùn)動(dòng)提供了全新的視角，并為腦機(jī)接口設(shè)計(jì)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制帶來(lái)重要啟發(fā)。通過解碼這些位置神經(jīng)元的活動(dòng)，未來(lái)可能實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)高效的神經(jīng)假肢控制，同時(shí)，可以基于大腦的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航原理，設(shè)計(jì)更加靈巧的機(jī)械臂控制算法。
