高频率的脑电波模式运动皮层可以预测即将到来的运动

尼古拉斯·g·Hatsopoulos博士,生物的生物学和解剖学教授芝加哥大学长期以来一直对太空感兴趣。具体来说,物理空间被大脑。

“我们的脑子里,大脑都是皱巴巴的了。如果你被人类皮层到一个二维表,它将覆盖两个半平方英尺的space-roughly四张纸的大小。你会认为大脑组织时将利用所有的空间活动模式,但除了知道一个补丁的大脑控制臂,另一个控制着腿,我们大多忽视了大脑如何使用空间组织。”

现在一项新的研究发表在1月16日美国国家科学院院刊》上,Hatsopoulos和他的团队已经发现,大脑确实使用高频传播波的空间组织在运动神经元活动。

神经元活动的传播波的存在已经成熟的,但是他们传统上都与动物的一般行为状态(如醒着还是睡着了)。这项研究首次表明,空间组织招聘整个运动皮层的神经活动可以通知运动计划的细节。

团队希望工作将帮助研究人员和工程师如何解码电机信息建立更好的脑机接口。

进行的研究中,研究者记录活动从多极阵列植入猕猴的初级运动皮层,而猴子做了一个任务,要求他们移动操纵杆。然后,他们寻找波模式的活动,特别是那些高烈度。

“我们专注于高频段信号由于其丰富的信息,获取信号的理想空间达到和从容在每一个电极,”梁魏说,这项研究的第一作者和一个研究生Hatsopoulos实验室。

他们发现这些传播波,由数以百计的神经元的活动,在不同的方向穿过皮质表面基于哪个方向猴子把操纵杆。

“这就像一系列的多米诺骨牌效应,“Hatsopoulos说。“所有的波模式我们已经看到在过去没有告诉我们动物正在做什么,它就会发生。这是非常令人兴奋的,因为现在我们看这个扩散波模式和显示方向波会告诉你一些关于动物将要做什么。”

结果提供了一种新的方式看待大脑皮层的功能。“这表明,空间很重要,”Hatsopoulos说。”,而不是只看什么数量的神经元和关心,我们看到,携带信息的空间组织模式。这是一个非常不同的方式思考。”

这项研究是具有挑战性因为他们正在研究从个体的活动模式运动,而不是平均录音在重复实验中,可以很嘈杂。团队能够开发一个清理数据的计算方法来提供清晰的信号被记录在不丢失重要的信息。

“如果你试验的平均值,你错过的信息,“Hatsopoulos说。“如果我们想实现这个系统作为脑机接口的一部分,我们不能平均trials-your解码器必须这样做,随着运动发生时,系统的有效工作。”

知道这些波包含运动信息打开门上升到一个新层次的理解大脑如何移动身体,可以反过来为计算系统提供附加信息,将推动未来的脑机接口。

“空间维度已经大多忽略了迄今为止,但这是一个新的角度我们可以使用理解皮质功能,“Hatsopoulos说。“当我们试图理解计算皮质做的,我们应该考虑如何神经元空间了。”

未来的研究将检查相似的波形是否出现在更复杂的动作,如连续运动而不是简单的点对点到达,和是否波动的电刺激大脑猴子的偏见吗运动。

这项研究名为“传播时空在猕猴活动模式运动皮层进行运动学信息。”