大腦擁有強(qiáng)大的能力執(zhí)行和學(xué)習(xí)多樣的運(yùn)動(dòng)，這有賴于腦內(nèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生多樣的神經(jīng)活動(dòng)模式。美國(guó)斯坦福大學(xué)的Shenoy團(tuán)隊(duì)近期在《自然》雜志發(fā)表論文，展示了大腦運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何利用高維神經(jīng)狀態(tài)空間中的多種活動(dòng)模式來實(shí)現(xiàn)對(duì)新習(xí)得的運(yùn)動(dòng)的記憶索引。

在這項(xiàng)研究中，研究人員探索了大腦運(yùn)動(dòng)皮層的神經(jīng)準(zhǔn)備活動(dòng)伴隨運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)所產(chǎn)生的系統(tǒng)性的變化。他們訓(xùn)練獼猴學(xué)習(xí)在力場(chǎng)中伸展手臂的任務(wù)，這個(gè)力場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生與獼猴手臂運(yùn)動(dòng)方向垂直并與運(yùn)動(dòng)速率成正比的作用力。為適應(yīng)和抵抗這個(gè)力場(chǎng)，獼猴需要學(xué)會(huì)使用手臂肌肉產(chǎn)生日常活動(dòng)中未使用過的新的作用力。

研究團(tuán)隊(duì)用電極記錄了獼猴運(yùn)動(dòng)皮層的情況，并用神經(jīng)數(shù)據(jù)降維的數(shù)學(xué)方法分析了神經(jīng)準(zhǔn)備活動(dòng)在不同神經(jīng)狀態(tài)空間中的活動(dòng)模式。

他們發(fā)現(xiàn)在一個(gè)可預(yù)測(cè)手臂力量的神經(jīng)狀態(tài)子空間中，神經(jīng)準(zhǔn)備活動(dòng)的變化直接反映了運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)引起的行為變化，并且學(xué)習(xí)前存在的神經(jīng)活動(dòng)模式在學(xué)習(xí)后被重新使用。而在一個(gè)與此子空間正交的維度，神經(jīng)準(zhǔn)備活動(dòng)產(chǎn)生了學(xué)習(xí)前未使用過的新的活動(dòng)模式。

令研究人員意想不到的是，這些新的神經(jīng)活動(dòng)模式并不直接反映行為上的變化，但是當(dāng)獼猴學(xué)習(xí)多個(gè)不同的力場(chǎng)時(shí)，每個(gè)力場(chǎng)會(huì)引發(fā)與該力場(chǎng)相應(yīng)的獨(dú)特的新神經(jīng)活動(dòng)模式。此外，這些新的神經(jīng)活動(dòng)模式似乎會(huì)形成運(yùn)動(dòng)記憶，存儲(chǔ)在神經(jīng)準(zhǔn)備活動(dòng)中。

綜合這些發(fā)現(xiàn)，研究人員推測(cè)，在這些神經(jīng)準(zhǔn)備活動(dòng)的正交維度上，學(xué)習(xí)特定力場(chǎng)所產(chǎn)生的新神經(jīng)活動(dòng)模式有可能參與運(yùn)動(dòng)記憶索引，這也許有助于大腦學(xué)習(xí)和保存新的運(yùn)動(dòng)技能，同時(shí)不忘記舊的運(yùn)動(dòng)技能。

這項(xiàng)研究主要由美國(guó)斯坦福大學(xué)Shenoy實(shí)驗(yàn)室博士研究生孫旭璐等合作完成。(科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣)

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