記者23日從中國科學(xué)院自動化研究所獲悉，該所科研人員牽頭的研究團(tuán)隊(duì)成功解碼手部運(yùn)動的“神經(jīng)地圖”。他們通過觀察獼猴抓東西時的腦部活動，首次發(fā)現(xiàn)獼猴大腦運(yùn)動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類動物的手臂都能靈活完成各種抓取動作，但大腦究竟怎么操控這些動作始終是個謎。“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，能幫動物認(rèn)路。”論文通訊作者、中國科學(xué)院自動化所研究員余山說，手部動作是否也有類似的“實(shí)時定位系統(tǒng)”，這個問題困擾了科學(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(jīng)活動，并通過多個攝像頭記錄獼猴手部的運(yùn)動軌跡，最終破譯獼猴大腦指揮手部動作的“密碼”。
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)獼猴伸手抓東西時，其大腦前運(yùn)動皮層約1/5的神經(jīng)元活動會在手伸到特定位置時顯著增強(qiáng)。這些神經(jīng)元能夠?qū)崟r、高效地“反映”運(yùn)動中手的位置，僅50個最活躍的神經(jīng)元就能精準(zhǔn)還原手部移動路線，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)動提供了全新的視角，并為腦機(jī)接口設(shè)計和機(jī)器人運(yùn)動控制帶來重要啟發(fā)。通過解碼這些位置神經(jīng)元的活動，未來可能實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)高效的神經(jīng)假肢控制，同時，可以基于大腦的運(yùn)動導(dǎo)航原理，設(shè)計更加靈巧的機(jī)械臂控制算法。
