科學(xué)界近日取得了一項(xiàng)突破性的發(fā)現(xiàn)，揭示了大腦在運(yùn)動(dòng)控制方面的全新機(jī)制。由中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，在獼猴執(zhí)行自然抓取任務(wù)的過程中，觀察到了一種類似“GPS”的神經(jīng)編碼機(jī)制，這一機(jī)制位于大腦的運(yùn)動(dòng)皮層，能夠?qū)崟r(shí)追蹤手部在空間中的位置。

這項(xiàng)研究不僅為理解大腦如何精確控制運(yùn)動(dòng)提供了新的視角，同時(shí)也為腦機(jī)接口技術(shù)和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的發(fā)展帶來了深遠(yuǎn)的影響。相關(guān)研究成果已在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》上發(fā)表。

長期以來，科學(xué)家們一直試圖解開大腦如何規(guī)劃和執(zhí)行復(fù)雜運(yùn)動(dòng)任務(wù)的謎團(tuán)。特別是針對手臂和手部等精細(xì)部位的運(yùn)動(dòng)控制，其背后的神經(jīng)機(jī)制更是備受關(guān)注。此前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，大腦海馬體中的“位置細(xì)胞”在身體導(dǎo)航中扮演著關(guān)鍵角色，但手等身體部位是否也存在類似的導(dǎo)航機(jī)制，則一直是個(gè)未知數(shù)。

為了解開這一謎團(tuán)，研究團(tuán)隊(duì)在四只獼猴的大腦背側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層（PMd）中植入了微電極陣列，詳細(xì)記錄了它們在執(zhí)行自然抓取任務(wù)時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)。同時(shí)，通過多個(gè)攝像頭捕捉獼猴手部的運(yùn)動(dòng)軌跡，對PMd神經(jīng)元的活動(dòng)模式進(jìn)行了深入分析。

研究結(jié)果顯示，約有22%的PMd神經(jīng)元在獼猴手部處于特定空間位置時(shí)表現(xiàn)出顯著的活動(dòng)增強(qiáng)，形成了所謂的“位置野”。這些神經(jīng)元能夠高效、實(shí)時(shí)地編碼手部的位置信息。更令人驚訝的是，僅利用50個(gè)最活躍的位置神經(jīng)元（占總記錄神經(jīng)元的約10%），就能以高達(dá)80%的準(zhǔn)確率解碼手部運(yùn)動(dòng)軌跡。這一發(fā)現(xiàn)表明，手位置信息在PMd中以“位置野”的形式存在，與海馬體中的位置細(xì)胞有著異曲同工之妙。

進(jìn)一步的研究還發(fā)現(xiàn)，手位置信息與手的運(yùn)動(dòng)方向、速度以及抓取目標(biāo)的位置等信息在同一個(gè)PMd神經(jīng)元群體中得到了共同編碼。這種混合編碼方式使得大腦能夠同時(shí)處理空間信息和運(yùn)動(dòng)信息，從而實(shí)現(xiàn)了高效、靈活的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和執(zhí)行。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了大腦在運(yùn)動(dòng)控制方面的復(fù)雜機(jī)制，同時(shí)也為理解海馬體在空間導(dǎo)航任務(wù)中的作用提供了新的線索。

這項(xiàng)研究成果對于腦機(jī)接口和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。通過解碼這些位置神經(jīng)元的活動(dòng)，未來有望開發(fā)出更加精準(zhǔn)、高效的神經(jīng)假肢控制系統(tǒng)。同時(shí)，基于大腦的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航原理，可以設(shè)計(jì)出更加靈巧、智能的機(jī)械臂控制算法，為工業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療康復(fù)等領(lǐng)域帶來革命性的突破。

此次研究由中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所、解放軍第九醫(yī)學(xué)中心、吉林大學(xué)第一醫(yī)院等多家單位共同完成，展現(xiàn)了跨學(xué)科合作的強(qiáng)大力量。研究團(tuán)隊(duì)表示，將繼續(xù)深入探索大腦在運(yùn)動(dòng)控制方面的奧秘，為推動(dòng)神經(jīng)科學(xué)和人工智能領(lǐng)域的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。