腦—機接口（BMIs）不僅在神經(jīng)學(xué)方面有很多應用，還是研究神經(jīng)元整體動(dòng)力學(xué)的有力工具。但在任何實(shí)際接口中，能得到的記錄位點(diǎn)數量都是有限的，而研究人員想得到來(lái)自每個(gè)位點(diǎn)的盡可能完全的信號。為了建立更好的腦—機接口，研究人員開(kāi)始更深入地觀(guān)察低于神經(jīng)元興奮閾值以下的活動(dòng)。

    據物理學(xué)家組織網(wǎng)4月22日報道，最近，美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校一個(gè)研究小組正設法利用那些更小的電位，作為意志意圖的指標，研究大腦在學(xué)習過(guò)程中的意志活動(dòng)。而這些指標隱藏在鈣信號中。

    該小組由電氣工程師何塞·卡門(mén)納領(lǐng)導。研究人員訓練小鼠能響應音調高低來(lái)調整自己的神經(jīng)興奮性，目標集中在小鼠的層Ⅱ-Ⅲ（layer Ⅱ-Ⅲ）神經(jīng)元上，這些神經(jīng)元形成了小鼠的運動(dòng)皮層或體感皮層，由基因編碼的鈣指標gCaMP6f 來(lái)專(zhuān)門(mén)表達。研究人員用雙光子成像來(lái)記錄這種鈣指標信號，能記錄到150×150平方微米視域內的每個(gè)細胞。他們用與峰值有關(guān)的鈣信號訓練小鼠操控聲音光標，結果小鼠只用幾天就學(xué)會(huì )了這項任務(wù)，并在隨后的時(shí)間里表現得越來(lái)越好。研究結果發(fā)表在最近出版的《自然·神經(jīng)科學(xué)》雜志上。

    研究人員解釋說(shuō)，只用皮層錐體細胞產(chǎn)生的峰值有很多問(wèn)題。閾值以下電位或離子流與細胞的峰值行為相關(guān)，但也并非總是如此。比如，腦干眼球運動(dòng)神經(jīng)元突然放電頻率超過(guò)300赫茲，只是為了“吸引”眼球的注意；而聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)元為了分辨一個(gè)特殊音調，也會(huì )產(chǎn)生大致相同的脈沖。一個(gè)錐體細胞可能每隔幾秒才興奮一下，直到做完全不同的事，它們才會(huì )選擇放電。如果希望錐體細胞的樹(shù)突和突觸放電過(guò)程保持大致相同的頻率，顯然這樣的結果會(huì )丟失許多信息。

    而那些例外的錐體細胞峰值可能更有用。它們反應的情況或許是在幾百只蒼蠅中有一只飛向一匹馬，讓馬突然弓背躍起；也或許是在一群猩猩中，猩猩爸爸們在打盹，而一只小猩猩跟爸爸玩鬧過(guò)了火，猩猩爸爸猛然躍起追逐這個(gè)討厭的小家伙。錐體細胞也可能自己產(chǎn)生峰值，比如開(kāi)飯的**。

    論文中還指出，只記錄峰值從總體上不能反應皮層處理信息的過(guò)程。如果不把多種豐富的神經(jīng)元現象考慮進(jìn)來(lái)，要想重新構建一種算法，把**因素，或對內部意圖的推測完整拼接在一起是非常困難的。

    雖然要把實(shí)驗轉移到人類(lèi)身上，還需要很多實(shí)驗硬件，但新研究為科學(xué)家從腦中獲悉個(gè)體意愿提供了一些基本的新線(xiàn)索。