腦-機(jī)接口（BMIs）不僅在神經(jīng)學(xué)方面有很多應(yīng)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(shù)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(hào)。為了建立更好的腦—機(jī)接口，研究人員開(kāi)始更深入地觀察低于神經(jīng)元興奮閾值以下的活動(dòng)。
 

    最近，美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校一個(gè)研究小組正設(shè)法利用那些更小的電位，作為意志意圖的指標(biāo)，研究大腦在學(xué)習(xí)過(guò)程中的意志活動(dòng)。而這些指標(biāo)隱藏在鈣信號(hào)中。

    該小組由電氣工程師 Jose Carmena 領(lǐng)導(dǎo)。研究人員訓(xùn)練小鼠能響應(yīng)音調(diào)高低來(lái)調(diào)整自己的神經(jīng)興奮性，目標(biāo)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(yùn)動(dòng)皮層或體感皮層，由基因編碼的鈣指標(biāo) gCaMP6f 來(lái)專門表達(dá)。研究人員用雙光子成像來(lái)記錄這種鈣指標(biāo)信號(hào)，能記錄到150×150平方微米視域內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞。他們用與峰值有關(guān)的鈣信號(hào)訓(xùn)練小鼠操控聲音光標(biāo)，結(jié)果小鼠只用幾天就學(xué)會(huì)了這項(xiàng)任務(wù)，并在隨后的時(shí)間里表現(xiàn)得越來(lái)越好。研究結(jié)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(xì)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(xì)胞的峰值行為相關(guān)，但也并非總是如此。比如，腦干眼球運(yùn)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(diào)，也會(huì)產(chǎn)生大致相同的脈沖。一個(gè)錐體細(xì)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(xì)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(jié)果會(huì)丟失許多信息。

    而那些例外的錐體細(xì)胞峰值可能更有用。它們反應(yīng)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?cè)诖蝽?，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(xì)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(yīng)皮層處理信息的過(guò)程。如果不把多種豐富的神經(jīng)元現(xiàn)象考慮進(jìn)來(lái)，要想重新構(gòu)建一種算法，把**因素，或?qū)?nèi)部意圖的推測(cè)完整拼接在一起是非常困難的。

    雖然要把實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)移到人類身上，還需要很多實(shí)驗(yàn)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索。