觸覺和運(yùn)動神經(jīng)元能對視覺信號起反應(yīng)
可開發(fā)與癱瘓病人體覺和運(yùn)動神經(jīng)線路*融和的假肢

中國科技網(wǎng)訊 據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報(bào)道，美國杜克醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家通過動物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大腦的觸覺和運(yùn)動神經(jīng)元除了能感知接觸、控制運(yùn)動以外，還能對視覺信號起反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)不僅解釋了“橡膠手錯覺”，幫人們理解不同腦區(qū)共同形成身體圖式的機(jī)制，還有助于開發(fā)與癱瘓病人體覺和運(yùn)動神經(jīng)線路*融和的神經(jīng)假肢。相關(guān)論文發(fā)表于美國《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上。

早期研究表明，大腦對自己的身體有一個立體的內(nèi)部圖像，通過接收來自皮膚、關(guān)節(jié)、肌肉及視覺、聽覺的信號，不斷刷新著觸覺、痛覺、溫度、壓力等信息。這一動態(tài)過程形成了大腦對身體的內(nèi)部影像，也叫身體圖式。一個例子就是“橡膠手錯覺”，即當(dāng)人們感到自己的手被觸摸，同時又看到一只假手被觸摸時，他會感覺這只假手是自己的。

為了解釋這種“橡膠手錯覺”，研究人員設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)，集中研究猴子的體覺和運(yùn)動皮層的腦活動。他們讓兩只猴子看計(jì)算機(jī)屏幕上的一條猴子手臂，并用一個虛擬的球去碰觸計(jì)算機(jī)中猴子手臂，同時也用東西去碰這兩只猴子的手臂。

當(dāng)猴子看到虛擬球碰了虛擬手臂，而沒看到任何東西碰自己的手臂，在大約幾分鐘內(nèi)，它們的體覺和運(yùn)動皮層區(qū)的神經(jīng)元開始對被碰觸的虛擬手臂起反應(yīng)。對虛擬觸覺的反應(yīng)發(fā)生在它們被實(shí)際碰觸之后的50到70毫秒，而在此時間內(nèi)，負(fù)責(zé)處理視覺信息的腦區(qū)正在跟體覺和運(yùn)動皮層區(qū)形成路徑連接。

這證明了體覺和運(yùn)動皮層神經(jīng)元能對視覺刺激起反應(yīng)，表明在靈長類動物腦皮層中，能通過一種高分布的動態(tài)過程，發(fā)生功能交叉處理。論文作者、杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)院神經(jīng)生物學(xué)教授米格爾·尼科萊利斯說：“本研究證明了體覺或觸覺皮層可能受到視覺的影響，這和目前神經(jīng)科學(xué)教科書上的理論相悖。這一發(fā)現(xiàn)支持了我們的觀點(diǎn)，關(guān)聯(lián)某項(xiàng)功能的腦皮層并非嚴(yán)格局限于某個腦區(qū)內(nèi)。腦皮層區(qū)能同時處理多種信息流，而不是我們以前認(rèn)為的單獨(dú)處理。”

這一發(fā)現(xiàn)也暗示著，癱瘓病人在使用神經(jīng)假肢時，他們的大腦可能接受這個假肢作為自己身體的一部分，這會對未來設(shè)計(jì)由腦機(jī)接口控制的神經(jīng)假肢設(shè)備產(chǎn)生重要影響。研究人員說，對那些重度癱瘓的病人，有望造出能*與他們腦中的體覺和運(yùn)動神經(jīng)線路結(jié)合在一起的神經(jīng)假肢，恢復(fù)他們的運(yùn)動和體覺功能。

尼科萊利斯說：“當(dāng)我們很熟練地使用工具，如小提琴、網(wǎng)球拍、鼠標(biāo)或假肢時，大腦就可能改變了我們對于自體的內(nèi)部形象，將這工具與自體結(jié)合作為我們自己的外延。”