記者23日從中國科學院自動化研究所獲悉，該所科研人員牽頭的研究團隊成功解碼手部運動的“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)獼猴大腦運動皮層中存在一種類似定位系統(tǒng)的神經(jīng)編碼機制，能在抓取過程中實時追蹤手部在三維空間中的位置，就像手機導航顯示移動軌跡一樣。相關研究成果發(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。“科學家早就發(fā)現(xiàn)，我們大腦里有種叫‘位置細胞’的定位器，能幫動物認路。”論文通訊作者、中國科學院自動化所研究員余山說，手部動作是否也有類似的“實時定位系統(tǒng)”，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4只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(jīng)活動，并通過多個攝像頭記錄獼猴手部的運動軌跡，最終破譯獼猴大腦指揮手部動作的“密碼”。
研究發(fā)現(xiàn)，當獼猴伸手抓東西時，其大腦前運動皮層約1/5的神經(jīng)元活動會在手伸到特定位置時顯著增強。這些神經(jīng)元能夠?qū)崟r、高效地“反映”運動中手的位置，僅50個最活躍的神經(jīng)元就能精準還原手部移動路線，準確度高達80%。新型神經(jīng)定位系統(tǒng)的工作方式與海馬體中用于導航的位置細胞，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動提供了全新的視角，并為腦機接口設計和機器人運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，未來可能實現(xiàn)更精準高效的神經(jīng)假肢控制，同時，可以基于大腦的運動導航原理，設計更加靈巧的機械臂控制算法。
