是在截肢的情況下，大腦需要如何適應(yīng)，以更好地控制機械手臂呢?對恒河猴的研究或許能提供答案

據(jù)國外媒體報道，最近，有關(guān)靈長類動物甚至癱瘓病人通過大腦活動控制機械手臂的新聞不絕于耳。但是，如果是在截肢的情況下，大腦需要如何適應(yīng)呢?

近期的一項研究中，來自美國多所大學(xué)的研究者將一個由腦機界面控制的機械手臂應(yīng)用在了恒河猴身上。所有參加實驗的恒河猴都是在多年前(有兩只還是在手臂沒有完全發(fā)育的嬰兒時期)因為疾病治療等原因失去了某一只手臂。科學(xué)家希望觀察到恒河猴大腦在學(xué)習使用機械手臂時發(fā)生的變化。

在發(fā)表于近期《自然-通訊》(Nature Communications)期刊的論文中，研究者寫道：“我們的結(jié)果成功表明，對于很久之前截肢的動物來說，學(xué)習使用大腦皮層控制的腦機界面以完成復(fù)雜、連續(xù)的任務(wù)是可能的。”

研究人員在恒河猴大腦的運動皮層——控制上肢活動的區(qū)域——植入了一系列電極，有的與截肢的手臂同一側(cè)，有的則是相反一側(cè)。與人類一樣，恒河猴大腦不同半球中的運動皮層控制的是相反一側(cè)的肢體。接著，他們隨機選定了一組控制機械手臂伸出和抓握的大腦細胞，并進行了10到20組訓(xùn)練。實驗結(jié)果表明，雖然電極與截肢在相反一側(cè)的恒河猴學(xué)習的速度更快，但兩組恒河猴最終都學(xué)會了控制機械手臂。更重要的是，在恒河猴學(xué)習控制機械手臂的過程中，其大腦的先天生理機制也發(fā)生了改變。

“截肢動物(大腦神經(jīng)元之間)的連接非常少，”芝加哥大學(xué)的研究者Karthikeyan Balasubramanian說，“在它學(xué)習的過程中，(神經(jīng)元)網(wǎng)絡(luò)變得越來越密集。”而對于沒有截肢的動物來說，在學(xué)會控制機械手臂之前，需要關(guān)閉其中一些神經(jīng)元的連接。研究數(shù)據(jù)還表明兩組恒河猴在后來的訓(xùn)練中表現(xiàn)得越來越好。

不過，杜克大學(xué)的研究者米格爾(Miguel Nicolelis)對該研究的結(jié)果并不感到驚奇，他認為這“并沒有為腦機界面領(lǐng)域做出新的貢獻”。米格爾指出，之前的研究已經(jīng)表明，用侵入性更小的方法也可以完成這樣的任務(wù)。對此論文作者、芝加哥大學(xué)教授尼古拉斯(Nicholas Hatsopoulos)解釋稱，研究所采用的侵入式技術(shù)有可能提供更好的假肢控制方法。接下來，研究者將觀察在恒河猴學(xué)習使用該設(shè)備的四十天里，同樣那些神經(jīng)元將會發(fā)生哪些變化。

無論如何，這項研究再一次表明大腦能夠重新組織神經(jīng)元，而這或許將為開發(fā)大腦控制的新型機械手臂提供啟示