研究表明猕猴脑是如何“导航”手部运动的?

由国家科学院自动化研究所牵头的联合研究团队发现，大脑运动皮层中存在类似的GPS神经编码机制，通过记录猕猴执行自然抓取任务时的神经活动，可以在抓取过程中立即表征手在空间中的位置。这为了了解大脑如何控制运动提供了一个全新的视角，给大脑界面设计和机器人运动控制带来了重要的启发。

人类和猕猴等灵长类动物的手臂可以灵活地执行各种抓取任务。神经科学的核心问题之一是大脑如何规划和执行这些任务。此前的研究表明，大脑中的“位置细胞”可以为身体导航提供空间数据，帮助动物构建认知地图。然而，不存在类似的导航框架，如手部和其他身体部位的运动。

该研究通过将微电极阵型植入四只猕猴的大脑背面前运动皮层，记录它们在自然抓取任务中的神经活动，并通过多个摄像头记录猕猴手的运动轨迹，分析了大脑背面前运动皮层神经元在抓取任务中的活动模式。

研究表明，当手处于特定空间坐标时，大约22%的大脑背部前运动皮层神经元活动增强，形成“位置野”。这些神经元可以实时有效地表征运动中的手部位置。只有使用50个最活跃的位置神经元，手部运动轨迹才能以80%的准确率解码。这表明，手定位信息以“位置野”代码的形式存在于大脑背部前运动皮层中，类似于海马体中用于导航的位置细胞。

此外，研究表明，手定位信息和手的运动方向、速度和抓取目标的位置在同一个大脑背面前移动皮层神经元的人群中共同编码。这种混合编码方法促使大脑同时考虑空间数据和运动信息，从而实现高效的运动计划和执行。这种混合编码方法是海马体在空间导航任务中采用的方法，提醒大脑使用相似的神经计算框架实现不同尺度的空间导航。

上述研究为脑机接口和机器人的发展提供了新的思路。通过解码这些位置神经元的活动，可以根据大脑运动导航原理设计更灵巧的机械臂控制算法，实现更精准高效的神经假肢控制。

最近，《自然-通信》发表了相关成果。(Nature Communications)去吧。这项研究由自动化研究所、解放军第九医学中心、吉林大学第一医院等合作完成。