科學界近日取得了一項突破性的發(fā)現(xiàn)，揭示了大腦在運動控制方面的全新機制。由中國科學院自動化研究所領銜的研究團隊，在獼猴執(zhí)行自然抓取任務的過程中，觀察到了一種類似“GPS”的神經(jīng)編碼機制，這一機制位于大腦的運動皮層，能夠實時追蹤手部在空間中的位置。

這項研究不僅為理解大腦如何精確控制運動提供了新的視角，同時也為腦機接口技術和機器人運動控制的發(fā)展帶來了深遠的影響。相關研究成果已在國際權威學術期刊《自然?通訊》上發(fā)表。

長期以來，科學家們一直試圖解開大腦如何規(guī)劃和執(zhí)行復雜運動任務的謎團。特別是針對手臂和手部等精細部位的運動控制，其背后的神經(jīng)機制更是備受關注。此前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，大腦海馬體中的“位置細胞”在身體導航中扮演著關鍵角色，但手等身體部位是否也存在類似的導航機制，則一直是個未知數(shù)。

為了解開這一謎團，研究團隊在四只獼猴的大腦背側前運動皮層（PMd）中植入了微電極陣列，詳細記錄了它們在執(zhí)行自然抓取任務時的神經(jīng)活動。同時，通過多個攝像頭捕捉獼猴手部的運動軌跡，對PMd神經(jīng)元的活動模式進行了深入分析。

研究結果顯示，約有22%的PMd神經(jīng)元在獼猴手部處于特定空間位置時表現(xiàn)出顯著的活動增強，形成了所謂的“位置野”。這些神經(jīng)元能夠高效、實時地編碼手部的位置信息。更令人驚訝的是，僅利用50個最活躍的位置神經(jīng)元（占總記錄神經(jīng)元的約10%），就能以高達80%的準確率解碼手部運動軌跡。這一發(fā)現(xiàn)表明，手位置信息在PMd中以“位置野”的形式存在，與海馬體中的位置細胞有著異曲同工之妙。

進一步的研究還發(fā)現(xiàn)，手位置信息與手的運動方向、速度以及抓取目標的位置等信息在同一個PMd神經(jīng)元群體中得到了共同編碼。這種混合編碼方式使得大腦能夠同時處理空間信息和運動信息，從而實現(xiàn)了高效、靈活的運動規(guī)劃和執(zhí)行。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了大腦在運動控制方面的復雜機制，同時也為理解海馬體在空間導航任務中的作用提供了新的線索。

這項研究成果對于腦機接口和機器人技術的發(fā)展具有重要意義。通過解碼這些位置神經(jīng)元的活動，未來有望開發(fā)出更加精準、高效的神經(jīng)假肢控制系統(tǒng)。同時，基于大腦的運動導航原理，可以設計出更加靈巧、智能的機械臂控制算法，為工業(yè)自動化和醫(yī)療康復等領域帶來革命性的突破。

此次研究由中國科學院自動化研究所、解放軍第九醫(yī)學中心、吉林大學第一醫(yī)院等多家單位共同完成，展現(xiàn)了跨學科合作的強大力量。研究團隊表示，將繼續(xù)深入探索大腦在運動控制方面的奧秘，為推動神經(jīng)科學和人工智能領域的發(fā)展做出更大的貢獻。