脑机接口:最终实现双向沟通

由大脑活动控制的假肢可以部分恢复失去的运动功能。联合国儿童基金会(UNIGE)的神经科学家问，是否有可能通过刺激大脑皮层的神经活动，将缺失的感觉传递回大脑。他们发现，不仅可以创造一种神经假肢动作的人工感觉，而且潜在的学习过程发生得非常快。这些发现是通过成像和光刺激工具获得的。

自70年代早期以来，科学家一直在开发脑机接口;主要应用是在瘫痪病人或截肢者中使用神经假体。一个假肢由大脑直接控制活动能否部分挽回失去的运动机能。这是通过解码记录用电极的神经元活动并将其转化为机器人运动来实现。然而，由于没有人为肢体的感觉反馈，这种系统具有有限的精度。在瑞士日内瓦大学（Unige）大学的神经科学家询问是否有可能通过刺激将这种缺失的感觉传回大脑神经活动在大脑皮层。他们发现，不仅可以创造一种神经假肢动作的人工感觉，而且潜在的学习过程发生得非常快。这些发现发表在科学杂志上神经元，通过现代成像和光学刺激工具获得，为传统电极方法提供了一种创新的选择。

电机功能位于所有行为的核心，并让我们与世界互动。因此，用机器人假体替换丢失的肢体是有多大研究的主题，但成功的结果是罕见的。这是为什么？直到这一刻，通过主要依赖视觉感知来运营脑机接口：通过看它来控制机器人手臂。因此，大脑和机器之间的信息的直接流动仍然是单向的。然而，运动感知不仅基于视觉，而且主要是在血管上，肢体位于空间中的感觉。因此，我们已经询问了是否有可能在脑机界面中建立双向通信：同时读出神经活动，将其转化为假体运动并重新加注大脑中这种运动的感官反馈“，解释说，Daniel Huber解释说，unige医学院基本神经科学系教授。

提供假体运动的人工感觉

与使用电极的侵入式方法不同，Daniel Huber的团队专注于成像和刺激的光学技术大脑的活动。他们使用一种叫做双光子显微镜的方法，以单细胞分辨率定期测量数百个神经元的活动。“我们想要测试老鼠是否能够通过唯一依赖人工感官反馈信号来学会控制神经假肢，”联合国环境研究组织的研究员、该研究的第一作者马里奥·普拉萨解释说。“我们对运动皮层的神经活动进行了成像。当老鼠激活一个特定的神经元时，选择一个作为神经修复控制，我们同时应用与此活动成比例的刺激感觉皮层使用蓝色的光”。事实上，感觉皮层的神经元对这种光非常敏感，使它们能够被一系列的闪光激活，从而整合人工感觉反馈信号。每次阈值以上的激活都会给老鼠奖励，20分钟后，一旦学会了这种关联，老鼠就能够更频繁地产生正确的神经元活动。

这意味着人造感觉不仅被感知，而且被成功地整合为假肢运动的反馈。通过这种方式，脑机接口实现双向功能。日内瓦的研究人员认为，这种虚构的感觉之所以能如此迅速地被吸收，是因为它很可能触及了大脑的基本功能。感觉我们四肢的位置是自动发生的，不需要太多的思考，可能反映了基本的神经回路机制。这种类型的双向界面可能在未来更精确地取代机械臂，感觉被触摸的物体或感知必要的力量来抓住它们。

目前，联合国环境规划署的神经科学家正在研究如何产生一种更有效的方法感觉反馈。他们目前能够做一个单一的运动，但它也可能提供多个反馈渠道并行?这项研究为开发新一代更精确的双向神经假肢奠定了基础。

为了更好地理解神经假体控制的神经机制

通过借助现代成像工具，由于鼠标学习神经调节任务，也可以观察到周围地区的数百个神经元。“我们知道数百万的神经连接存在。然而，我们发现该动物只激活了一个用于控制假肢作用的神经元，并且没有招募任何邻近的神经元”，添加了Daniel Huber。“这是一个非常有趣的发现，因为它揭示了大脑可以在上面并专门控制只有一个单一神经元的活动”。研究人员可能会利用这些知识，不仅开发更稳定和精确的解码技术，而且还可以更好地了解大多数基本的神经电路功能。它仍有待发现哪种机制涉及到唯一活化的神经元的路由信号。

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