神經可塑性使我們能夠學習新技能并且整合為新的經驗。但當我們的生活發(fā)生重大改變時（如經歷嚴重損傷）會有什么神經改變？
加州理工T&C Chen 腦機接口中心的Charles Guan和Tyson Aflalo教授分析了四肢癱瘓的成年人通過腦機接口控制虛擬手時后頂葉皮層（PPC）內神經元集群的活動。并在eLife發(fā)表題為Stability of motor representations after paralysis的研究文章。
數據分析表明，在受傷多年后，在一個簡單地手指分類任務中，單指運動的神經意圖信號仍然以健康人的方式表征。通過嘗試移動手指的意圖，植入侵入式腦機接口的患者可以準確地控制相應的虛擬手指。手指運動時的神經活動表現(xiàn)出與健全人運動皮層的fMRI一致的模式?；颊呤种高\動的神經信號表征結構在多個次實驗中有一致性。
在不同個體BCI運動信號中，神經活動的表征是動態(tài)的，最先類似肌肉興奮的模式，之后類似預期感覺的結果。文章揭示了后頂葉皮層中的神經元運動表征即使在癱瘓后也有健全的人的運動信號模式，BCI可以利用信號的一致性，重新啟動這些穩(wěn)定的表征以恢復失去的運動功能。這些分析令人信服，其結果對人類BCI設備的使用和訓練具有重要意義。
研究人員利用fMRI來確定參與伸手和抓握動作意圖的皮質區(qū)域。被試者執(zhí)行了兩個互補的任務，以確保激活在不同的情況下的可靠度。在一個試驗間歇后，受試者被提示一個特定的想象動作（精確抓取、強力抓取或無手型的抓?。?。
在提示之后，一個圓柱形物體在屏幕上被顯示出來。如果該物體是完整的，受試者就想象執(zhí)行所提示的動作。如果物體破損，受試者就不做動作。每次運行有八個區(qū)塊，持續(xù)30秒。在每個區(qū)塊的前15秒，每隔3秒在不同的空間位置呈現(xiàn)普通物體。在每次運行前，受試者被指示想象指向、想象伸手抓取或自然看向該物體。在每個區(qū)塊的最后15秒，呈現(xiàn)干擾圖像，并指示被試猜測這個物體。
在發(fā)現(xiàn)PC-IP區(qū)域的神經元特定調節(jié)手指運動后，研究者接下來分析這些神經信號表征結構的組織和功能，以及這種神經信號模式與受傷前的運動的關系。
Charles Guan發(fā)現(xiàn)癱瘓患者植入腦機接口（BCI）手指控制信號的表征與健全人的結構相匹配。作者計算了表征差異矩陣（RDM），為每次試驗構建了一個發(fā)射率矢量。每個條件都收集了重復次數。然后，使用交叉驗證的異同度指標來估計條件之間的成對距離。重復這一過程以生成每個時段的RDM。文章發(fā)現(xiàn)了PCIP腦區(qū)信號和單個手指進行假體控制的直接關聯(lián)。這些結果確立了PC-IP作為精確的BCI的植入區(qū)域，同時將BCI研究與基礎神經科學聯(lián)系起來，四肢癱瘓患者和健全人之間的手指運動模式相匹配。
Stability of motor representations after paralysis開創(chuàng)了一種神經信號模式在病理和生理狀態(tài)下一致性研究的分析范式。其他復雜的技能和動作是否也能保留其受傷前的神經信號的一些特征？例如，四肢癱瘓的患者的BCI筆跡是否與他們受傷前的身體筆跡一樣？這些實驗、結果和分析討論方法將對未來基于腦機接口神經假肢的設計產生重要影響。
參考：
Stability of motor representations after paralysis
https://elifesciences.org/articles/74478
僅用于學術分享，若侵權請留言，即時刪侵！
更多閱讀
意識在大腦中什么位置?新發(fā)現(xiàn)有助于確定其位置
聯(lián)系客服
