論文第一作者、中國科學(xué)院自動化所博士研究生曹盛浩介紹說，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)一直是神經(jīng)科學(xué)的核心問題之一。此前的研究表明，大腦海馬體中的“位置細(xì)胞”能夠?yàn)樯眢w導(dǎo)航提供空間信息，幫助動物構(gòu)建認(rèn)知地圖。然而，對于手等身體部位的運(yùn)動，是否存在類似的導(dǎo)航框架一直是個(gè)未解之謎。

　　本項(xiàng)研究中，合作團(tuán)隊(duì)通過在4只獼猴的大腦背側(cè)前運(yùn)動皮層(PMd)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(gè)攝像頭記錄獼猴手部的運(yùn)動軌跡，從而分析了PMd神經(jīng)元在抓取任務(wù)中的活動模式。

　　研究發(fā)現(xiàn)，約22%的PMd神經(jīng)元在手部處于特定空間位置時(shí)活動顯著增強(qiáng)，形成了“位置野”(即當(dāng)獼猴手部進(jìn)入所在環(huán)境中的特定空間時(shí)，對應(yīng)的位置細(xì)胞都被發(fā)現(xiàn)激活)。這些神經(jīng)元能夠?qū)崟r(shí)、高效地表征運(yùn)動中的手位置，僅使用50個(gè)最活躍的位置神經(jīng)元(約占總記錄神經(jīng)元的10%)，就能以80%的準(zhǔn)確率解碼手部運(yùn)動軌跡。該結(jié)果表明，手位置信息在PMd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(xì)胞。

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，手位置信息與手的運(yùn)動方向、速度和抓取目標(biāo)的位置等信息在同一個(gè)PMd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(shí)考慮空間信息和運(yùn)動信息，從而實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)動規(guī)劃和執(zhí)行。這一混合編碼方式也正是海馬體在空間導(dǎo)航任務(wù)中所采用的方式，提示大腦利用相似的神經(jīng)計(jì)算框架實(shí)現(xiàn)不同尺度上的空間導(dǎo)航。

　　研究團(tuán)隊(duì)表示，本項(xiàng)研究結(jié)果也為腦機(jī)接口和機(jī)器人發(fā)展提供了新的思路。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(shí)，可以基于大腦的運(yùn)動導(dǎo)航原理，設(shè)計(jì)更加靈巧的機(jī)械臂控制算法。(完)