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中新网北京4月23日电(记者 孙自法)中国科学院自动化研究所(自动化所)4月23日发布消息说，由该所牵头的联合研究团队通🌟过记录猕猴执行自然抓取任务时的神经活动，首次发现在大脑的运动皮层中存在一种类似全球定位系统(GPS)的神经编码机制，能够在抓取过程中实时表征手在空间中的位置。
这一神经科学领域重要研究发现，为理解大脑如何控制运动提供了全新的视角，并为脑机接口的设计和机器人运动控制带来重要启发。相关成果论文由中国科学🙂院自动化所、解放军第九医学中心、吉林大学第一医院等科研合作伙伴完成，近日已在国际学术期刊《自然-通讯》发表。
猕猴自然抓取范式以及PMd神经元的“位置野”活动模式。中国科学院自动化所 供图
论文第一作者、中国科学院自动化所博士研究💗生曹盛浩介绍说，人类以及猕猴等灵长类动物的手臂可以灵巧地执行各种抓取任务。大脑如何规划和执行这些任务一直是神经科学的核心问题之一。此前的研究表明，大脑海马体中的“位置细胞”能够为身体导航提供空间信息，帮助动物构建认知地图。然而，对于手等身体部位的运动，是否存在类似的导航框架一直是个未解之谜。
本项研究中，合作团队通过在4只猕猴的大脑背侧前运动皮层(PMd)植入微电极阵列，记录它们在自然抓取任务中的神经活动，并通过多个摄像头记录猕猴手部的运👎动轨迹，从而分析了PMd神经元在抓取任务中的活动模式。
研究发现，约22%的PMd神经元在手部处于特定空间位置时活动显著增强，形成了“位置野”(即当猕猴手部进入所在环境中的特定空间时，对应的位置细胞都被发现激活)。这些神经元能够实时、高效地表征运动中的手位置，仅使用50个最活跃的位置神经元(约占总记录神经元的10%)，就能以80%的准确率解码手部运动轨迹。该结果表明，手位置信息在PMd中以“位置野”编码的形式存在，类似于海马体中用于导航的位置细胞。
进一步研究发现，手位置信息与手的运动方向、速度和抓取目标的位置等信息在同一个PMd神经元群体中共🍩同编码。这种混合编码方式使得大脑能够同时考虑空间信息和运动信息，从而实现高效的运动规划和执行。这一混合编码方式也正是海马体在空间导航任务中所采用的方式，提示大脑利用相似的神经计算框架实现不同尺度上的空间导航。
研究团队表示，本项研究结果也为脑机接口和机器人发展提供了新的思路。通过解码这些位置神经元的活动，未来可能实现更精🌼准高效的神经假肢控制，同时，可以基于大脑的运动导航原理，设计更加灵巧的机械臂控制算法。(完)
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