定位大脑中的不同部位并确定它们如何与思想、行动及其他神经功能相对应，这是神经科学研究的中心问题。先前利用fMRI（核磁共振成像）扫描及EGG（脑电图）的研究可以使研究人员粗略地得出与不同类型神经活动关联的大脑区域，但不能定位到单个神经元的活动。

 

3月26日，Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell上发布一篇论文，研究人员报道了他们将微电极列阵植入两组人脑，从而将运动功能定位到了低至单个神经细胞的水平上。本研究揭示了被认为只控制某一身体部位的某一区域实际上操控着广泛的运动功能，并阐明了不同神经元如何彼此协调。
 

论文第一作者、 斯坦福大学与霍华德·休斯医学研究所神经修复转化实验室的博士后研究员Frank Willett说：“这项研究首次发现先前被认为只与胳膊及手部关联的大脑区域有着整个身体的信息。并且我们发现这个区域存在着可将所有身体部位联系起来的神经编码。”
 

本研究是斯坦福大学与布朗大学神经科学家的合作项目，即BrainGate2的一部分，BrainGate2是一项多位点临床预试验，聚焦于开发并试验为患有神经疾病（如瘫痪、闭锁综合征）人群恢复沟通及独立能力的医疗设备。斯坦福大学团队的主要焦点是开发上述人群通过脑机接口(BCIs)恢复沟通能力的方法。
 

这项新研究的两名受试者都患有四肢瘫痪——四肢功能部分或全部丧失。其中一位患有高位脊髓损伤，而另一位患有肌萎缩性脊髓侧索硬化症。他们大脑运动皮层中被称为“手结区”的区域都被植入了电极。手结区被如此命名的部分原因是其类似结块的形状，人们曾认为手结区只控制手部及胳膊的运动。


本文总结摘要图
 

当受试者被要求完成一些特定任务，如抬起一根手指或扭动脚踝，这时研究人员利用电极测量单个神经元的动作电位，研究微阵列在大脑中如何被激活。他们惊讶地发现手结区不仅可以被手部及胳膊的运动激活，同样也可以被腿部、脸部及其他身体部位的运动所激活。
 

“这项研究中我们关注的另一件事是胳膊和腿部运动的一致，”Willett说，“例如，抬起手腕和抬起脚踝，我们本认为它们在运动皮层中的神经活动模式应该是不同的，因为抬起手腕和抬起脚踝涉及到完全不同的肌肉。但实际上，与我们的预期相比，它们的神经活动模式要相似的多。”这些发现揭示了四肢间在运动皮层中出乎意料的联系，这种联系可能有助于大脑将某一肢体学会的技能转移至另一肢体中。
 

Willett称这些发现对于开发可帮助瘫痪人群重新运动的脑机接口(BCIs)具有重要意义。“我们曾经认为，要控制身体的不同部位就需要在遍布大脑的很多区域放置植入物，”Willett说，“这非常激动人心，因为我们现在可以只在一个区域放置植入物，就能够探索控制全身的运动。”
 

脑机接口(BCIs)的一项重要潜在应用是让瘫痪或患有闭锁综合征的人群可以通过控制鼠标或其他设备实现交流。“也许我们可以将不同的身体运动与不同的电脑点击类型连接，”Willett说，“我们希望能够更准确地利用这些不同的信号，使那些不会说话的人能够使用计算机，因为来自BCI的来源身体不同部位的神经信号比单独来自手臂或手的神经信号更容易被逗弄”