天津
9月23日，布朗大学发布的一项脑机接口研究，为理解大脑如何观察和处理他人动作提供了新线索。研究发现，当人们观看抓握动作时，大脑运动皮层的神经反应强度，与动作执行器的“人形程度”密切相关：视觉形象越接近真实人手，观察性神经活动越强；随着形象逐渐远离人手，神经反应也随之减弱。
这项研究属于BrainGate临床试验的一部分，由布朗大学、Mass General Brigham Center for Neurotechnology and Neurorecovery以及VA Center for Neurorestoration and Neurotechnology的研究团队共同完成，相关论文发表于Proceedings of the National Academy of Sciences。研究观察了两名因伤病导致四肢瘫痪的受试者。他们此前已在大脑运动皮层植入微型电极阵列，能够记录单个神经元的活动，并通过想象肢体运动或说话来控制机械臂、计算机及其他辅助设备。
在实验中，受试者观看不同形象执行简单抓握任务的动画，包括真实的人手、拟人化的机器人手、三指机械爪以及明显不具有人形的立方体。结果显示，真实人手引发了最强的观察性神经活动，拟人机器人手、机械爪和立方体引发的神经反应依次减弱。这一变化不仅体现在整个神经网络层面，也体现在单个神经元的放电频率上：刺激形象越拟人化，参与反应的神经元越多，单个神经元的放电速度也越快。
研究主要作者Jacob Gusman表示，这表明观察性神经活动并非由专门负责镜像反应的“mirror neuron”驱动，而是来自一组会对不同刺激作出程度不同反应的神经网络。也就是说，大脑对观察动作的反应并非简单地“开启”或“关闭”，而会随着视觉形象的人形程度产生连续变化。
不过，当受试者一边观看动作、一边尝试自己完成抓握时，情况发生了变化。此时，无论他们观看的是真实人手、机器人手、机械爪还是立方体，运动皮层引发的神经活动水平都大致相当。研究人员认为，这可能是因为人们真正尝试运动时，运动相关信号的强度明显高于单纯的观察信号。因此，当用户实际参与控制设备时，执行器是否“看起来像人手”，对运动皮层活动的影响可能相对有限。
研究还发现，认知和意识也会影响大脑的观察性反应。在点阵动画实验中，高保真、容易识别为手的点阵图案，比稀疏、抽象的图案引发了更强的神经反应。一名受试者在观看较抽象的动画后，没有经过提示便主动表示自己看懂了图案含义。研究人员随即比较了该受试者“意识前后”的神经活动，发现其明确意识到抽象动画代表人手之后，运动皮层对不同人形程度刺激的整体反应均有所增强。这一结果提示，除视觉输入外，认知、意识和背景理解等“自上而下”的因素，也可能参与形成镜像样神经反应。
BrainGate临床试验致力于开发植入式脑机接口，帮助因疾病或损伤失去运动或交流能力的人恢复部分功能。研究共同作者、布朗大学教授、BrainGate临床试验负责人Leigh Hochberg表示，这项研究不仅有助于理解大脑如何规划和执行身体动作，也能够为设计下一代面向神经损伤患者的脑机接口提供参考。
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