運(yùn)動(dòng)皮層中的高頻腦電波模式可以預(yù)測即將發(fā)生的運(yùn)動(dòng)

芝加哥大學(xué)生物生物學(xué)和解剖學(xué)教授 Nicholas G. Hatsopoulos 博士長期以來一直對太空感興趣。具體來說，就是大腦占據(jù)的物理空間。

“在我們的腦袋里，大腦都是皺巴巴的。如果你把人類大腦皮層壓平成一張二維紙，它會(huì)覆蓋兩平方英尺半的空間——大約有四張紙那么大。你會(huì)認(rèn)為大腦在組織活動(dòng)模式時(shí)會(huì)利用所有這些空間，但除了知道大腦的一個(gè)區(qū)域控制手臂而另一個(gè)區(qū)域控制腿之外，我們大多忽略了大腦如何使用該空間組織。”

現(xiàn)在，在 1 月 16 日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上的一項(xiàng)新研究中，Hatsopoulos 和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了證據(jù)表明大腦確實(shí)在運(yùn)動(dòng)過程中使用了神經(jīng)元活動(dòng)的高頻傳播波的空間組織。

神經(jīng)元活動(dòng)傳播波的存在已得到公認(rèn)，但傳統(tǒng)上它們與動(dòng)物的一般行為狀態(tài)(如清醒或睡眠)相關(guān)聯(lián)。這項(xiàng)研究是第一個(gè)證據(jù)，表明在運(yùn)動(dòng)皮層中空間組織的神經(jīng)元活動(dòng)募集可以告知計(jì)劃運(yùn)動(dòng)的細(xì)節(jié)。

該團(tuán)隊(duì)希望這項(xiàng)工作將有助于了解研究人員和工程師如何解碼運(yùn)動(dòng)信息以構(gòu)建更好的腦機(jī)接口。

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，研究人員記錄了植入獼猴??初級運(yùn)動(dòng)皮層的多電極陣列的活動(dòng)，而猴子則完成了一項(xiàng)要求它們移動(dòng)操縱桿的任務(wù)。然后，他們尋找波浪狀的活動(dòng)模式，特別是那些高振幅的活動(dòng)模式。

“我們專注于高頻段信號(hào)，因?yàn)樗哂胸S富的信息、理想的空間范圍以及在每個(gè)電極中輕松獲取信號(hào)的能力，”該研究的第一作者、Hatsopoulos 實(shí)驗(yàn)室的研究生 Wei Liang 說。

他們發(fā)現(xiàn)，這些傳播波由數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)組成，根據(jù)猴子推動(dòng)操縱桿的方向，在皮層表面向不同方向傳播。

“這就像一連串的多米諾骨牌倒下，”Hatsopoulos 說。“我們過去看到的所有波浪圖案都沒有告訴我們動(dòng)物在做什么，它只會(huì)發(fā)生。這非常令人興奮，因?yàn)楝F(xiàn)在我們正在研究這種傳播的波浪圖案并表明方向wave goes 告訴你一些關(guān)于動(dòng)物將要做什么的事情。”

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