大脑如何对运动活动做出快速、精细的调整

• 短期运动学习似乎不需要大脑的物理变化
• 大脑的热球皮质可以使用“神经划线垫”来计算微调
• 大脑可以在模拟中尝试不同的东西而没有“搞砸它已经在做了什么”

芝加哥——西北医学的科学家们发现了一种神经机制，可以在精确的时间内做出快速、精细的调整电动机活动。

由李米勒，西北大学医学院的生理学教授领导的研究发现大脑的前运动皮层可以在它和主要之间使用“神经划线垫”运动皮层计算达成计划时的细微调整。

“这种短期运动学习似乎不需要大脑内部的结构变化，使其更快速、更灵活，”米勒说，他也是西北大学麦考密克工程学院生物医学工程教授。

该研究将于10月18日发表在该杂志上神经元。

多年来，神经科学家一直在探索大脑如何在短时间内适应运动行为。之前的研究表明，大脑需要大约15分钟的时间来显著调整运动行为，所以科学家们希望找到一个匹配的神经特征——在行为被调整的这段时间里，活动会衰减或改变。

到目前为止，在运动皮层中寻找这种特征的研究已经被证明是徒劳的。

在目前的研究中，调查人员在达到灵长类动物模型的运动过程中，调查人员扩大了它们的范围，测量运动皮层和热球皮质的活性。他们发现，当达到动作被推开时并且必须调整后，两个区域中神经元之间的功能关系保持不变。这似乎排除了大脑的物理变化作为负责调整的机制。

然而，将光热皮层中的信号解析为电机皮质显示出两个不同的组。一个包含的信号，它出现在电机皮层中的活动控制，称为有效的投影。第二组信号基本上在通往电机皮层的途中取消了自己，被称为空投影。Miller表示，这使得大脑在不始终执行该动作的情况下模拟不同电机计划的影响。

“大脑可以在模拟中试用不同的东西而不拧紧它已经在做的事情，”米勒说。“然后，当它被弄清楚时，它可以通过有效的投影向电机皮质发送这些修改的指令。”

该研究的第一作者、米勒实验室的前研究生马特•佩里奇(Matt Perich)表示，零投影中这些变化计算的时间过程与缺失的15分钟间隔相符。

“这表明运动前皮层正在发生一些事情:零投影可能会进行自己的计算或错误处理，并最终告诉运动皮层该做什么，”Perich说。

这些短期调整似乎不需要大脑的物理变化，这一事实可能简化了脑-机接口的发展，即与大脑的字面连接，比如控制假肢。

“结构出奇地稳定，”Perich说。“现在我们对这个过程有了更基本的了解，我们希望找到将其整合到界面中的方法。”

米勒说，需要更多的研究来充分了解这些零投影是如何被用来调节运动功能的。

“我们的解码器必须足够聪明，以查看无效活动，并确保他们不会使手臂移动或做一些它不应该做的事情，因为脑米勒说。

在另一个相关的研究中，发表在自然通讯，米勒和同事发现，当面对如何移动的不确定性时，热门皮质只准备一次完成的“达尔计划”。在活动到达电机之前发生这种类型的决策和规划皮质，建议为空预测的作用超出纠错。

“这些是非常强大的实验和分析方法，我们开始采取这种决策，规划和运动执行的过程，”米勒说。

---

---