神經元控制運動的奧秘

卡內基梅隆大學工程學院和匹茲堡大學的新研究表明，運動皮層神經元可以最佳地調整如何以最優的方式編碼運動。這些發現增強了我們對大腦如何控制運動的理解，並有可能提高腦機接口或神經假肢的性能和可靠性，可以幫助癱瘓患者和截肢者。
生物醫學工程系和神經認知基礎中心的助理教授Steven Chase說：「我們的大腦具有驚人的能力，通過改變個體神經元，來優化處理自己的信息。如果我們能夠理解這個過程，因為它適用於運動，我們可以設計更精確的神經假體。例如，我們有一天可以設計出更準確地實施患者預期運動的機器人手臂，因為我們現在更好地了解當我們運動時我們的大腦如何隨時調整。
該研究探討了通過虛擬現實在2-D和3-D中執行的簡單運動任務期間大腦活動的變化。研究人員想知道運動皮層神經元是否會自動調整它們對方向的敏感度，當呈現寬範圍的可能方向，而不是狹窄的方向。以前在該領域的研究表明，稱為動態範圍適應，這種現象已知是發生在對聲音，觸摸和光線敏感的神經元中，促使研究人員詢問是否將相同的現象應用於運動系統中的神經元與運動有關。
「當你走進明亮的夏日的陽光下，你眯著眼睛，視網膜神經元使用動態範圍適應來自動提高敏感度，這樣你就可以清楚地看到，直到雲層再次通過，」 這項研究的第一作者、匹茲堡大學醫學院的學生Robert Rasmussen博士說。「這個功能允許大腦通過有效利用其有限資源來更好地編碼信息，我們想知道我們的大腦是否以相同的方式編碼運動。
結果表明動態範圍適應確實發生在運動皮質神經元。基於這些發現，研究人員得出結論，這個特徵在整個大腦中是廣泛的。
「我們發現動態範圍適應並不局限於大腦的感覺區域，而是皮質的無處不在的編碼特徵。」匹茲堡大學神經生物學和系統神經科學系主任Andrew Schwart說，「我們的研究結果表明，它是信息處理的一個特徵，您的大腦使用它來有效地處理任何給出的信息 - 無論是光，聲音，觸摸，或運動，這是一個令人興奮的結果，將激勵進一步研究運動學習和未來的臨床應用研究」。