大脑中的神经元作为一个团队工作来指导手臂和手的运动

显而易见的简单拿起一杯咖啡或转动门把手掩饰复杂的序列,大脑必须经过计算和流程,以确定物体在空间的位置,向它移动胳膊和手,手指形状或操纵的对象。新研究发表在今天的杂志上细胞的报道，揭示了当我们伸手去抓物体时，负责运动控制的神经细胞如何改变它们的活动。这些发现颠覆了对大脑如何完成这一复杂任务的已有理解，并可能对神经修复术的发展产生影响。

“这项研究表明活动模式罗切斯特大学医学中心(URMC)神经学系和德尔蒙特神经科学研究所教授，同时也是这项研究的合著者Marc Schieber医学博士说。“大脑活动的这些变化可以让一组神经元协同工作，做出独特而精确的动作，对此的解释是理解如何利用这些信息来开发潜在的新疗法的第一步。”

如何建立模型大脑执行这些动作的历史可以追溯到20世纪80年代，他认为大脑中有不同的神经元群是专门负责抓取和伸手的。这个类比类似于足球队的组织，一组队员负责防守，另一组负责进攻。新的研究表明，这些细胞的作用更像一支篮球队，同一组球员根据特定时刻的环境从防守转变为进攻。

“伸手和抓握传统上被认为是由大脑中两个独立的通道同时驱动的，其中一个控制伸手，另一个控制握手，”亚当·劳斯(Adam Rouse)医学博士说，他是德尔蒙特神经科学研究所(Del Monte Institute for Neuroscience)的研究助理教授和合著者。“然而，我们已经发现运动皮层从对运动早期的到达位置进行编码到对随后要抓住的对象进行编码的过渡。”

这项新发现之所以成为可能，是因为先进的微电极阵列使研究人员能够同时监测和记录动物在抓取和操纵物体时大脑运动皮层(负责控制运动的部分)中的数百个神经元。

通过对大数据集设计的新分析，研究人员观察到，当动物从手臂和手向物体的位置投射到然后根据需要塑造手和手臂以抓住物体时，神经元的放电模式发生了改变。这两种活动模式都会迅速通过运动皮层扩散，这一现象类似于把小石子扔进池塘时产生的涟漪。这些发现暗示着，而不是专门化电机控制在任务中，单个的运动神经元共同工作来完成多种功能。

这项研究对于创造大脑-计算机接口具有重要意义。这种接口利用大脑的电活动，并利用这些信息来控制假肢设备，比如机械手臂。而之前的努力是寻求进入个人或团体的电活动神经元，新的发现表明，这些系统可能需要采用更先进的机器学习算法来解释活动模式的变化。

“这些发现可能会彻底改变我们从大脑中提取信息的方式，”Rouse说。”而不是单个神经元现在，我们已经有了一个基础，可以建立解码大脑活动来识别模式的系统，这些信息可以用来开发新一代的辅助设备。”

---

---