3月22日淩晨，《PNAS》在線發表了題為《後頂葉皮層在動态感覺運動控制中預測即将到來的運動》的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、上海腦科學與類腦研究中心崔翯研究組完成。

該研究設計了動态環境中的手動攔截行為範式并結合在清醒猴上的在體胞外電生理記錄，發現後頂葉的7a區編碼了将來手動運動方向的信息。該研究中采用的新穎行為範式，為将來動态感覺運動控制神經編碼的研究提供了重要基礎。

後頂葉皮層位于多個感覺通路的頂端，一般被認為在感覺整合、運動計劃、空間認知與注意調控中起關鍵作用。

對于後頂葉皮層在運動計劃中的作用，學術界一直有争議。

鑒于後頂葉皮層在感覺運動控制中的關鍵作用，以及近年來在後頂葉皮層上植入式腦機接口的研究進展，深入理解後頂葉皮層在感覺運動行為中的編解碼特性，無論在理論還是臨床應用上，都具有重要的意義。

以前對于後頂葉皮層在空間感覺運動控制行為的研究主要采用靜态的感覺目标來提示運動的方向，這導緻感覺目标空間位置與最終的運動方向關聯鎖定，導緻對相關神經信号的解釋難以區分是感覺信息還是運動信息的編碼。為了區分這兩種不同的神經編碼，需要一個嶄新的行為範式來解鎖感覺目标與運動方向的關聯。

圖注（A）動态手動攔截的行為範式。（B）神經信号分别對感覺和運動編碼導緻不同目标速度下調諧曲線差異的理論預測。（C）後頂葉皮層兩個腦區神經元對運動方向調諧曲線在目标運動速度下不變性的分析結果。（D）後頂葉皮層7a和5d兩個腦區神經元群體解碼分析的結果。

在本研究中，崔翯研究組設計了一個動态手動攔截的行為範式：

在實驗中，動物必須通過手動攔截一個運動的視覺目标（圖A）；同時由于目标可能以不同的速度和方向進行運動，使得在某一個時刻處于同一位置的目标因為不同的運動速度會觸發不同方向的手動，而在某一時刻處于不同位置的運動目标也可能導緻相同方向的手動（圖B左上和左下）。

因此，通過考察某個神經信号對目标位置選擇性或者手動方向選擇性是否會随着目标運動速度而變化，就可以判斷出該神經信号編碼目标的位置信息還是将來的手動方向信息：如果神經活動對目标位置的方向調諧不随目标運動速度而變化，但對手動的方向調諧受到目标速度的影響，說明該神經活動編碼了目标位置的信息（圖B中）；反之，該神經活動編碼了手動方向的信息（圖B右）。

在實驗中，團隊成員對兩隻正在完成動态手動攔截的猕猴進行了在體細胞外電記錄。結果顯示，後頂葉皮層7a區對目标位置方向調諧曲線的最優方向會随目标運動的速度而變化，而手動方向調諧曲線的最優方向基本不随目标運動速度的變化而改變（圖C左，不同顔色代表不同的目标運動速度）。

傳統研究認為，與手動控制聯系更為緊密的後頂葉皮層5d區中，神經元對目标位置方向調節曲線和手動方向調諧曲線都會受到目标運動速度的影響（圖C右）。在細胞群體上，對7a區在當手動攔截運動目标時采集的細胞發放率進行解碼得到的方向與手動方向的誤差要顯著小于與目标位置方向的誤差（圖D左）；而對5d區細胞發放率進行解碼所得的這兩種誤差之間沒有顯著性差異（圖D右）。以上的結果表明，後頂葉皮層7a區編碼了将來的手動運動方向而不是視覺目标的位置。這個結果提示着後頂葉皮層在運動準備中起着積極的作用。

該研究成功建立了一種行為範式以分離神經活動對視覺目标信息和運動控制信息的編碼，并在非人靈長類後頂葉皮層證明了神經活動對這兩種高度相關的信息的編碼的分離。該研究建立的實驗範式為在複雜動态環境下實時解碼感覺和運動信息，以及基于腦機接口的感覺和運動假體的研發奠定了堅實的神經科學基礎。

作者：許琦敏

圖片：PNAS網站、pixabay

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