由大脑活动直接控制的假肢可以部分恢复失去的运动功能

从七十年代初开始，科学家一直在开发脑机接口。主要应用是在瘫痪的患者或截肢者中使用神经假体。由大脑活动直接控制的假肢可以部分恢复失去的运动功能。这是通过解码用电极记录的神经元活动并将其转换为机器人运动来实现的。然而，由于缺少来自假肢的感觉反馈，这种系统的精度受到限制。

瑞士日内瓦大学(UNIGE)的神经科学家问，是否有可能通过刺激皮质的神经活动将这种缺失的感觉传回大脑。他们发现，不仅可以创造人工神经假肢运动的感觉，但是基础学习过程发生得很快。这些发现发表在科学杂志Neuron上，是​​通过使用现代成像和光学刺激工具获得的，为经典电极方法提供了创新的替代方法。

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运动功能是所有行为的核心，它使我们能够与世界互动。因此，用机器人假体代替失去的肢体是许多研究的主题，但是成功的结果很少。这是为什么?在此之前，脑机接口主要依靠视觉感知来操作：通过观察机器人臂来对其进行控制。因此，信息在大脑和机器之间的直接流动保持单向。然而，运动感知不仅基于视觉，而且主要基于本体感受，即肢体在空间中的位置的感觉。“因此，我们问是否有可能在脑机接口中建立双向交流：同时读出神经活动，

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提供假肢运动的人工感觉

与使用电极的侵入性方法相比，Daniel Huber的团队专门研究用于成像和刺激大脑活动的光学技术。他们使用一种称为双光子显微镜的方法，以单细胞分辨率常规地测量数百个神经元的活动。“我们想测试小鼠是否可以通过独特地依靠人工感觉反馈信号来学习控制神经假体”，UNIGE研究人员，该研究的第一作者Mario Prsa解释说。“我们对运动皮层的神经活动进行了成像。当小鼠激活一种特定的神经元时，我们选择使用蓝光将与这种活动成比例的刺激同时施加到感觉皮层。确实，感觉皮层的神经元对此光敏感，允许它们被一系列的闪光灯激活，从而整合人工的感觉反馈信号。每次高于阈值的激活都会奖励鼠标，并且在20分钟后，一旦学会了关联，啮齿动物便能够更频繁地产生正确的神经元活动。

这意味着不仅可以感知到人工感觉，而且还可以将其成功整合为假肢运动的反馈。以这种方式，脑机接口双向起作用。日内瓦的研究人员认为，这种制造的感觉之所以被如此迅速地吸收的原因是，它最有可能利用了非常基本的大脑功能。感觉到四肢的位置是自动发生的，无需过多考虑，并且可能反映了基本的神经回路机制。这种双向接口可能会在将来允许更精确地移动机械臂，感觉被触摸的物体或感知握住它们的必要力量。

目前，UNIGE的神经科学家正在研究如何产生更有效的感觉反馈。他们目前能够进行单个动作，但是是否还可以并行提供多个反馈通道?这项研究为开发新一代更精确的双向神经假体奠定了基础。

更好地了解神经修复控制的神经机制

通过使用现代成像工具，当鼠标学习到神经修复任务时，还可以观察到周围区域的数百个神经元。“我们知道存在数百万个神经连接。然而，我们发现该动物仅激活了一个用于控制修复作用的神经元，而没有募集到任何邻近的神经元。” Daniel Huber补充道。“这是一个非常有趣的发现，因为它揭示了大脑可以驻留并专门控制单个神经元的活动”。

研究人员可以潜在地利用这些知识，不仅可以开发出更稳定，更精确的解码技术，还可以更好地理解大多数基本的神经回路功能。路由信号到唯一激活的神经元涉及何种机制还有待发现。

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