您所在的位置:首頁(yè) > 精神科醫(yī)學(xué)進(jìn)展 > 光信號(hào)可用于研究大腦意志的調(diào)整
腦—機(jī)接口(BMIs)不僅在神經(jīng)學(xué)方面有很多應(yīng)用,還是研究神經(jīng)元整體動(dòng)力學(xué)的有力工具。但在任何實(shí)際接口中,能得到的記錄位點(diǎn)數(shù)量都是有限的,而研究人員想得到來(lái)自每個(gè)位點(diǎn)的盡可能完全的信號(hào)。為了建立更好的腦—機(jī)接口,研究人員開(kāi)始更深入地觀察低于神經(jīng)元興奮閾值以下的活動(dòng)。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)4月22日?qǐng)?bào)道,最近,美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校一個(gè)研究小組正設(shè)法利用那些更小的電位,作為意志意圖的指標(biāo),研究大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中的意志活動(dòng)。而這些指標(biāo)隱藏在鈣信號(hào)中。
該小組由電氣工程師何塞·卡門(mén)納領(lǐng)導(dǎo)。研究人員訓(xùn)練小鼠能響應(yīng)音調(diào)高低來(lái)調(diào)整自己的神經(jīng)興奮性,目標(biāo)集中在小鼠的層Ⅱ-Ⅲ(layer Ⅱ-Ⅲ)神經(jīng)元上,這些神經(jīng)元形成了小鼠的運(yùn)動(dòng)皮層或體感皮層,由基因編碼的鈣指標(biāo)gCaMP6f 來(lái)專門(mén)表達(dá)。研究人員用雙光子成像來(lái)記錄這種鈣指標(biāo)信號(hào),能記錄到150×150平方微米視域內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞。他們用與峰值有關(guān)的鈣信號(hào)訓(xùn)練小鼠操控聲音光標(biāo),結(jié)果小鼠只用幾天就學(xué)會(huì)了這項(xiàng)任務(wù),并在隨后的時(shí)間里表現(xiàn)得越來(lái)越好。研究結(jié)果發(fā)表在最近出版的《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志上。
研究人員解釋說(shuō),只用皮層錐體細(xì)胞產(chǎn)生的峰值有很多問(wèn)題。閾值以下電位或離子流與細(xì)胞的峰值行為相關(guān),但也并非總是如此。比如,腦干眼球運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元突然放電頻率超過(guò)300赫茲,只是為了“吸引”眼球的注意;而聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元為了分辨一個(gè)特殊音調(diào),也會(huì)產(chǎn)生大致相同的脈沖。一個(gè)錐體細(xì)胞可能每隔幾秒才興奮一下,直到做完全不同的事,它們才會(huì)選擇放電。如果希望錐體細(xì)胞的樹(shù)突和突觸放電過(guò)程保持大致相同的頻率,顯然這樣的結(jié)果會(huì)丟失許多信息。
而那些例外的錐體細(xì)胞峰值可能更有用。它們反應(yīng)的情況或許是在幾百只蒼蠅中有一只飛向一匹馬,讓馬突然弓背躍起;也或許是在一群猩猩中,猩猩爸爸們?cè)诖蝽?,而一只小猩猩跟爸爸玩鬧過(guò)了火,猩猩爸爸猛然躍起追逐這個(gè)討厭的小家伙。錐體細(xì)胞也可能自己產(chǎn)生峰值,比如開(kāi)飯的**。
論文中還指出,只記錄峰值從總體上不能反應(yīng)皮層處理信息的過(guò)程。如果不把多種豐富的神經(jīng)元現(xiàn)象考慮進(jìn)來(lái),要想重新構(gòu)建一種算法,把**因素,或?qū)?nèi)部意圖的推測(cè)完整拼接在一起是非常困難的。
雖然要把實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)移到人類身上,還需要很多實(shí)驗(yàn)硬件,但新研究為科學(xué)家從腦中獲悉個(gè)體意愿提供了一些基本的新線索。
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