运动皮层中的高频脑电波模式可以预测即将到来的运动

Nicholas G. Hatsopoulos博士，芝加哥大学有机生物学和解剖学教授，长期以来一直对太空感兴趣。具体来说，就是大脑占据的物理空间。

“在我们的脑海里，大脑都被弄皱了。如果你把人类的皮层压平成一张2D纸，它将覆盖两平方英尺的空间——大约是四张纸的大小。你可能会认为大脑在组织活动模式时会利用所有这些空间，但除了知道大脑的一个部分控制手臂和另一个控制腿之外，我们大多忽略了大脑如何使用这种空间组织。

现在，在1月16日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究中，哈索普洛斯和他的团队发现了证据表明，大脑确实在运动过程中使用了高频传播神经元活动波的空间组织。

神经元活动传播波的存在已经得到很好的证实，但它们传统上与动物的一般行为状态(如清醒或睡眠)有关。这项研究是第一个证据，证明跨运动皮层的神经元活动的空间组织募集可以为计划运动的细节提供信息。

该团队希望这项工作将有助于告知研究人员和工程师如何解码运动信息，以构建更好的脑机接口。

为了进行这项研究，研究人员记录了植入猕猴初级运动皮层的多电极阵列的活动，而猴子做了一项需要它们移动操纵杆的任务。然后，他们寻找波状的活动模式，特别是那些高振幅的活动模式。

“我们专注于高频带信号，因为它具有丰富的信息，理想的空间范围以及在每个电极中获取信号的便利性，”该研究的第一作者，Hatsopoulos实验室的研究生Wei Liang说。

他们发现，这些传播波由数百个神经元的活动组成，根据猴子推动操纵杆的方向，在皮质表面上以不同的方向传播。

“这就像一系列多米诺骨牌倒下，”哈索普洛斯说。“我们过去看到的所有波浪模式都没有告诉我们动物在做什么，它只会发生。这是非常令人兴奋的，因为现在我们正在研究这种传播波模式，并表明波的方向告诉你一些关于动物将要做什么的信息。

这些结果提供了一种观察皮质功能的新方法。“这表明空间确实很重要，”哈索普洛斯说。“我们不只是关注神经元群体做什么和关心什么，而是看到存在携带信息的空间组织模式。这是一种非常不同的思考方式。

这项研究具有挑战性，因为他们正在研究单个运动的活动模式，而不是在重复试验中平均记录，这可能会非常嘈杂。该团队能够开发一种计算方法来清理数据，以在不丢失重要信息的情况下清晰地记录所记录的信号。

“如果你在试验中平均，你就会错过信息，”Hatsopoulos说。“如果我们想将这个系统实现为脑机接口的一部分，我们就不能平均试验——你的解码器必须在运动发生时即时完成，系统才能有效地工作。

知道这些波包含有关运动的信息为理解大脑如何移动身体打开了一扇新维度的大门，这反过来可以为驱动未来脑机接口的计算系统提供额外的信息。

“到目前为止，空间维度大多被忽视，但这是我们可以用来理解皮质功能的新角度，”Hatsopoulos说。“当我们试图理解皮层正在做的计算时，我们应该考虑神经元在空间上的布局。

未来的研究将检查在更复杂的运动中是否可以看到类似的波模式，例如顺序运动而不是简单的点对点到达，以及大脑的波状电刺激是否可以偏向猴子的运动。

该研究的标题是“在猕猴运动皮层上传播时空活动模式携带运动学信息”。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！