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研究揭示獼猴大腦如何“導(dǎo)航”手部運動

2025-04-25 10:21:51 來源: 中國科學院

中國科學院自動化研究所牽頭的聯(lián)合研究團隊,通過記錄獼猴執(zhí)行自然抓取任務(wù)時的神經(jīng)活動,發(fā)現(xiàn)在大腦的運動皮層中存在類似GPS的神經(jīng)編碼機制,能夠在抓取過程中實時表征手在空間中的位置。這為理解大腦如何控制運動提供了全新視角,并為腦機接口的設(shè)計和機器人運動控制帶來了重要啟發(fā)。Mvi速刷資訊——每天刷點最新資訊,了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM

人類以及獼猴等靈長類動物的手臂可以靈巧地執(zhí)行各種抓取任務(wù)。大腦如何規(guī)劃和執(zhí)行這些任務(wù)是神經(jīng)科學的核心問題之一。此前的研究表明,大腦海馬體中的“位置細胞”能夠為身體導(dǎo)航提供空間信息,幫助動物構(gòu)建認知地圖。然而,手等身體部位的運動是否存在類似的導(dǎo)航框架是未解之謎。Mvi速刷資訊——每天刷點最新資訊,了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM

該研究通過在4只獼猴的大腦背側(cè)前運動皮層植入微電極陣列,記錄它們在自然抓取任務(wù)中的神經(jīng)活動,并通過多個攝像頭記錄獼猴手部的運動軌跡,分析了大腦背側(cè)前運動皮層神經(jīng)元在抓取任務(wù)中的活動模式。Mvi速刷資訊——每天刷點最新資訊,了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM

研究顯示,約22%的大腦背側(cè)前運動皮層神經(jīng)元在手部處于特定空間位置時活動增強,形成“位置野”。這些神經(jīng)元能夠?qū)崟r、高效地表征運動中的手位置,僅使用50個最活躍的位置神經(jīng)元,就能以80%的準確率解碼手部運動軌跡。這表明,手位置信息在大腦背側(cè)前運動皮層中以“位置野”編碼的形式存在,類似于海馬體中用于導(dǎo)航的位置細胞。Mvi速刷資訊——每天刷點最新資訊,了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM

進一步,研究發(fā)現(xiàn),手位置信息與手的運動方向、速度和抓取目標的位置等信息在同一個大腦背側(cè)前運動皮層神經(jīng)元群體中共同編碼。這種混合編碼方式使得大腦能夠同時考慮空間信息和運動信息,從而實現(xiàn)了高效的運動規(guī)劃和執(zhí)行。這一混合編碼方式正是海馬體在空間導(dǎo)航任務(wù)采用的方式,提示大腦利用相似的神經(jīng)計算框架實現(xiàn)不同尺度上的空間導(dǎo)航。Mvi速刷資訊——每天刷點最新資訊,了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM

上述研究為腦機接口和機器人的發(fā)展提供了新思路。通過解碼這些位置神經(jīng)元的活動,有望實現(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(dǎo)航原理來設(shè)計更加靈巧的機械臂控制算法。Mvi速刷資訊——每天刷點最新資訊,了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM

近日,相關(guān)成果發(fā)表在《自然-通訊》(Nature Communications)上。該研究由自動化所、解放軍第九醫(yī)學中心、吉林大學第一醫(yī)院等合作完成。Mvi速刷資訊——每天刷點最新資訊,了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM

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獼猴自然抓取范式以及大腦背側(cè)前運動皮層神經(jīng)元的“位置野”活動模式Mvi速刷資訊——每天刷點最新資訊,了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM

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