近日來自加州大學(xué)伯克利分校和葡萄牙未知技術(shù)研究中心（Champalimaud Centre for the Unknown）的神經(jīng)科學(xué)家們在新研究中證實(shí)大腦遠(yuǎn)比我們原先想象的更具靈活性和可訓(xùn)練性。經(jīng)過一個(gè)稱為可塑性的過程，大腦的部分區(qū)域可被訓(xùn)練完成正常情況下無法執(zhí)行的任務(wù)。這一研究發(fā)現(xiàn)為研發(fā)出思維控制的假肢裝置幫助脊髓損傷、截肢和其他病損的患者開啟了大門。相關(guān)研究論文于3月4日在線發(fā)表在Nature雜志上。

在過去的十年里，利用腦電波來控制無形的物質(zhì)已經(jīng)走出了特技表演和通靈學(xué)的范疇，進(jìn)入到新興的神經(jīng)修復(fù)學(xué)領(lǐng)域。來自加州大學(xué)伯克利分校的研究人員長期從事自然運(yùn)動(dòng)中的大腦回路研究，希望能通過模擬這些運(yùn)動(dòng)過程來開發(fā)出假肢器官裝置。

加州大學(xué)伯克利分校電子工程學(xué)、認(rèn)知科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)副教授Jose Carmena說：“我們希望我們對于大腦線路的新見解將能夠推動(dòng)開發(fā)出在感知上盡可能接近我們四肢的更好的具有更廣泛用途的假肢設(shè)備。新發(fā)現(xiàn)借助學(xué)習(xí)控制BMI（腦機(jī)接口）揭示了抽象技能學(xué)習(xí)過程中利用的一種大腦固有環(huán)路。”

在過去的研究中，研究人員在學(xué)習(xí)使用假肢設(shè)備時(shí)無法將身體運(yùn)動(dòng)作用排除在外。Carmena說：“大部分腦機(jī)接口研究均在健康的、四肢健全的動(dòng)物中開展。我們的研究表明即便不涉及身體運(yùn)動(dòng)，也可以進(jìn)行神經(jīng)修復(fù)控制。”

為了澄清這些問題，科學(xué)家們設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)，在沒有明顯身體運(yùn)動(dòng)情況下讓大鼠完成一種完全抽象的任務(wù)。研究人員借助于大鼠胡須抽動(dòng)與食物獎(jiǎng)賞實(shí)驗(yàn)解析了這一過程中靶向運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的作用。

研究人員給大鼠裝上了可將腦電波轉(zhuǎn)化為聽覺音的腦機(jī)接口。為了得到食物獎(jiǎng)勵(lì)，小鼠不得不調(diào)節(jié)它們的特異腦環(huán)路內(nèi)思維模式以提高或降低信號強(qiáng)度。聽覺反饋被給予大鼠讓它們學(xué)習(xí)將特異的思維模式與特定的聽覺音聯(lián)系起來。在短短的兩周內(nèi)，小鼠很快就學(xué)會(huì)要得到食物球，它們就要?jiǎng)?chuàng)造出一個(gè)高聽覺音，要得到糖水，它們就必須創(chuàng)造出一個(gè)低聽覺音。如果任務(wù)中的一組神經(jīng)元參與調(diào)控了它們的標(biāo)準(zhǔn)功能——胡須抽動(dòng)——那么就不會(huì)有音調(diào)改變，因此也不會(huì)有食物獎(jiǎng)賞。

研究人員發(fā)現(xiàn)這種聽覺音的調(diào)控是通過大鼠通過調(diào)節(jié)初級運(yùn)動(dòng)皮層活性實(shí)現(xiàn)的。研究證實(shí)皮質(zhì)紋狀體可塑性是抽象技能學(xué)習(xí)的必要條件，神經(jīng)修復(fù)性運(yùn)動(dòng)利用了自然運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)中的神經(jīng)回路。研究結(jié)果還表明這些學(xué)習(xí)性的神經(jīng)修復(fù)行為并非是習(xí)慣性行為，而是一種帶有意圖性和直接目的性的行為。Costa說，大鼠會(huì)根據(jù)它們自身的饑餓或口渴程度調(diào)節(jié)音量從而控制攝入食物顆粒或糖水的量、行動(dòng)時(shí)間，以及如何在缺乏身體運(yùn)動(dòng)的情況下去完成它。

研究人員希望上述研究發(fā)現(xiàn)將推動(dòng)研發(fā)出能夠感受自然的新一代假肢裝置。“我們希望讓人們覺得用大腦來移動(dòng)他們的機(jī)械手臂并非是件辛苦的事情。”Carmena說。