研究掌握大脑如何扣人心弦的运动计划

一项新的研究结果,神经科学家更坚定对大脑的方式制定命令手握一个对象。改善在未来可能会导致脑-机接口,为人们提供严重瘫痪的一种手段来控制机械手臂和手用他们的思想。

关键的布朗大学的一个研究小组发现神经元在大脑中负责规划把握动作的面积保留对象的信息困扰,因为他们使他们的运动计划。集体神经活动当执行相同的因此看起来不同控制一个物体与另一个物体。这可以帮助大脑设计独特的模式在不同环境中执行类似的行动。

设计师的脑-机接口的目的是翻译神经模式命令一个假肢装置,它可能是重要的知道新兴计划执行“控制力量”风格,例如,可能看起来不同的对象时一把锤子和苏打水。因为信息是分布在许多神经元在本地网络,可以有很多的这些特殊object-action表示在一起。

“许多团体看着编码不同的控制和手的位置,“领导和通讯作者卡洛斯Vargas-Irwin说,一名调查员在实验室的资深作者约翰·多诺霍教授亨利•梅里特Wriston神经科学和工程。“通常研究的是一个对象之间的关系和与之相关的控制。什么是从未有过的研究大脑如何可以制定不同的控制在同一对象或同一控制不同的物体。”

当他的团队,他们发现,大脑有许多方法来制定控制命令,而这些似乎受到的扣人心弦。

“你可以有相同的运动产生的不同活动模式在不同对象的上下文中,“Vargas-Irwin说。“如果我们试图建立一个(脑机接口译码器我们需要考虑更大的背景运动的目标是什么。”

探测模式

研究小组发现了通过记录和分析腹侧前运动皮层的神经活动的三个训练有素的恒河猴参与一系列的控制任务。大约五秒钟内,研究人员将两个不同的物体之一。然后他们会显示一个红色或黄色光信号的两种不同的控制使用,然后闪绿灯信号控制应该开始。分析后,研究人员能够观察的神经活动模式是如何改变在每个阶段的每个任务。

Vargas-Irwin使用分析技术发达,称为ssim,可以准确地检测神经元的活动集合模式不依赖任何假设大脑试图做什么。模式可以区分基于他们的活动的差异,可以根据他们的相似之处没有人员聚集在一起强加自己的观点的事件的任务。

分析显示,在腹侧前运动皮层神经元遵循区分对象和行为模式。他们开始显示出明显的、可识别的模式活动一旦对象提出了但是动物知道它应该把握对象。握的时候实际上是,已经变得非常不同的模式,所有四个object-grip组合可以明显发现约有95%的准确性。

“我们只是看本身的神经活动模式和它们之间的关系;我们可以量化相对相似度和组织他们没有任何知识的运动学是什么,”Vargas-Irwin说。“在这个实验中我们看到,我们可以细分的神经活动模式分成组,对应于基本的控制和对象。”

多诺霍说这有点奇怪,因为大脑的这个“电动机”部分被认为是接近尾声阶段的运动,在感觉处理像对象歧视已经完成。新的研究表明,这不是如此。

意义和更多的工作

研究结果表明,对象的发展有重大影响的控制计划。大脑会产生各种各样的活动模式还有到达一个适当的控制计划表明,布莱恩足够灵活,能够处理各种各样的对象上下文和本地网络的神经元可以这样做。

研究中也很明显,控制对象的计划实际执行的发展大大提前。早期的解释控制计划,包括占计划采取的独特的形式在不同的上下文中对象,可以使大脑计算机接口译码器运动命令假肢与信息更快速、准确地抓住,Vargas-Irwin说。

Vargas-Irwin和他的同事们继续实验,以了解研究结果可以推广到更多种类的对象,也多少的结构实验和训练影响的神经模式。

Vargas-Irwin说,他乐观地认为,这些发现可能最终直接应用改善患者的脑机接口设计和性能严重瘫痪。