記者4月23日從中國科學院自動化研究所獲悉,神经地图該所科研人員牽頭的国科研究團隊成功解碼手部運動的“神經地圖”。他們通過觀察獼猴抓東西時的解码腦部活動,首次發現獼猴大腦運動皮層中存在一種類似定位係統的手部神經編碼機製,能在抓取過程中實時追蹤手部在三維空間中的运动位置,就像手機導航顯示移動軌跡一樣。神经地图相關研究成果發表於《自然·通訊》雜誌。国科
人類以及獼猴等靈長類動物的解码手臂都能靈活完成各種抓取動作,但大腦究竟怎麽操控這些動作始終是手部個謎。“科學家早就發現,运动我們大腦裏有種叫‘位置細胞’的神经地图定位器,能幫動物認路。国科”論文通訊作者、解码中國科學院自動化所研究員餘山說,手部可是运动,手部動作是否也有類似的“實時定位係統”,這個問題困擾了科學界很多年。
在這項研究中,研究團隊通過在四隻獼猴的大腦前運動皮層中植入微電極陣列,記錄了它們在自然抓取物品時的神經活動,並通過多個攝像頭記錄獼猴手部的運動軌跡,最終破譯出獼猴大腦指揮手部動作的“密碼”。
研究發現,當獼猴伸手抓東西時,其大腦前運動皮層約1/5的神經元活動會在手伸到特定位置時顯著增強。這些神經元能夠實時、高效地“反映”運動中手的位置,僅50個最活躍的神經元就能精準還原手部移動路線,準確度高達80%。新型神經定位係統的工作方式與海馬體中用於導航的位置細胞,有異曲同工之妙。
餘山表示,這一發現為理解大腦如何控製運動提供了全新的視角,並為腦機接口設計和機器人運動控製帶來重要啟發。通過解碼這些位置神經元的活動,未來可能實現更精準高效的神經假肢控製,同時,可以基於大腦的運動導航原理,設計更加靈巧的機械臂控製算法。