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脑图谱研究表明,手部的运动区域也与整个身体相连

脑图谱研究表明,手部的运动区域也与整个身体相连

映射大脑的不同部位和确定它们对应的思想,行为,和其他神经功能在神经科学中心区域的调查,尽管先前的研究利用功能磁共振成像扫描和脑电图允许研究人员草拟大脑区域与不同类型的神经活动,他们不允许映射单个神经元的活动。

现在,在3月26日的《细胞》杂志上发表的一篇论文中,研究人员报告说,他们已经使用微电极阵列植入两个人的大脑,绘制出运动功能到单个神经细胞的水平。研究表明,一个被认为只控制身体某一部分的区域,实际上在一系列的运动功能中起作用。它还证明了不同的神经元是如何相互协调的。

“这项研究首次表明,大脑的这一区域,此前被认为是只连接到手臂和手整个身体的信息,”第一作者弗兰克威雷特说,博士后在斯坦福大学神经假肢转化实验室和霍华德休斯医学研究所。“我们还发现,这个区域有一个共同的神经代码,将所有的身体部位连接在一起。”

这项研究由斯坦福大学(Stanford)和布朗大学(Brown University)的神经科学家合作进行,是BrainGate2的一部分。BrainGate2是一项多中心临床试验,侧重于开发和测试医疗设备,以恢复瘫痪和闭锁综合征等神经疾病患者的沟通和独立性。斯坦福大学团队的一个主要关注点是研究如何恢复这些人通过脑-机接口(BCIs)进行交流的能力。

这项新的研究涉及两名患有慢性四肢瘫痪的患者,他们的四肢全部或部分丧失了功能。其中一人患有高水平脊髓损伤,另一人患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症。两个人都在大脑运动皮层的“手把”区域植入了电极。这个区域——部分是因为它的球形形状——以前被认为只控制手和手臂的运动。

研究人员使用电极来测量单个神经元的动作电位,当参与者被要求尝试做某些任务时——例如,举起一根手指或转动脚踝。研究人员观察了大脑中的微阵列是如何被激活的。他们惊奇地发现,把手区域不仅被手和手臂的运动激活,还被腿、脸和身体的其他部位激活。

“我们在这项研究中观察的另一件事是手臂和腿的运动匹配,”威利特说,“例如,向上移动你的手腕或向上移动你的脚踝。我们本以为运动皮层的神经活动模式会有所不同,因为它们是一组完全不同的肌肉。实际上,我们发现它们比我们预期的要相似得多。”这些发现揭示了运动皮层所有四肢之间的一种意想不到的联系,这种联系可能有助于大脑将从一个肢体学到的技能转移到另一个肢体。

威利特说,新的发现对BCIs的发展有重要的意义,可以帮助瘫痪的人再次行动。“我们过去认为,要控制身体的不同部位,我们需要在大脑的许多区域植入植入物,”他指出。“这很令人兴奋,因为现在我们可以通过在一个区域植入这种装置来探索控制整个身体的运动。”

BCIs的一个重要的潜在应用是允许瘫痪或患有闭锁综合症的人通过控制电脑鼠标或其他设备进行交流。威利特说:“也许我们可以将不同的身体动作与不同类型的电脑点击联系起来。”“我们希望能更准确地利用这些不同的信号,让不会说话的人能够使用电脑,因为对于脑ci来说,来自身体不同部位的神经信号比来自手臂或手的信号更容易被分离出来。”

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