PNAS：触觉和运动神经元能对视觉信号起反应

2013-08-29 koo bio360

日前，来自杜克医学院的科学家们通过动物实验发现，大脑的触觉和运动神经元除了能感知接触、控制运动以外，还能对视觉信号起反应。这一发现不仅解释了“橡胶手错觉”，帮人们理解不同脑区共同形成身体图式的机制，还有助于开发与瘫痪病人体觉和运动神经线路完全融和的神经假肢。相关论文发表在了近期出版的PNAS杂志上。【原文下载】早期研究表明，大脑对自己的身体有一个立体的内部图像，通过接收

日前，来自杜克医学院的科学家们通过动物实验发现，大脑的触觉和运动神经元除了能感知接触、控制运动以外，还能对视觉信号起反应。这一发现不仅解释了“橡胶手错觉”，帮人们理解不同脑区共同形成身体图式的机制，还有助于开发与瘫痪病人体觉和运动神经线路完全融和的神经假肢。相关论文发表在了近期出版的PNAS杂志上。【原文下载】

早期研究表明，大脑对自己的身体有一个立体的内部图像，通过接收来自皮肤、关节、肌肉及视觉、听觉的信号，不断刷新着触觉、痛觉、温度、压力等信息。这一动态过程形成了大脑对身体的内部影像，也叫身体图式。一个例子就是“橡胶手错觉”，即当人们感到自己的手被触摸，同时又看到一只假手被触摸时，他会感觉这只假手是自己的。

为了解释这种“橡胶手错觉”，研究人员设计了一种实验，集中研究猴子的体觉和运动皮层的脑活动。他们让两只猴子看计算机屏幕上的一条猴子手臂，并用一个虚拟的球去碰触计算机中猴子手臂，同时也用东西去碰这两只猴子的手臂。

当猴子看到虚拟球碰了虚拟手臂，而没看到任何东西碰自己的手臂，在大约几分钟内，它们的体觉和运动皮层区的神经元开始对被碰触的虚拟手臂起反应。对虚拟触觉的反应发生在它们被实际碰触之后的50到70毫秒，而在此时间内，负责处理视觉信息的脑区正在跟体觉和运动皮层区形成路径连接。

这证明了体觉和运动皮层神经元能对视觉刺激起反应，表明在灵长类动物脑皮层中，能通过一种高分布的动态过程，发生功能交叉处理。论文高级作者、杜克大学医学院神经生物学教授 Miguel Nicolelis 说：“本研究首次证明了体觉或触觉皮层可能受到视觉的影响，这和目前神经科学教科书上的理论相悖。这一发现支持了我们的观点，关联某项功能的脑皮层并非严格局限于某个脑区内。脑皮层区能同时处理多种信息流，而不是我们以前认为的单独处理。”

这一发现也暗示着，瘫痪病人在使用神经假肢时，他们的大脑可能接受这个假肢作为自己身体的一部分，这会对未来设计由脑机接口控制的神经假肢设备产生重要影响。研究人员说，对那些重度瘫痪的病人，有望造出能完全与他们脑中的体觉和运动神经线路结合在一起的神经假肢，恢复他们的运动和体觉功能。

Nicolelis 说：“当我们很熟练地使用工具，如小提琴、网球拍、鼠标或假肢时，大脑就可能改变了我们对于自体的内部形象，将这工具与自体结合作为我们自己的外延。”

原始出处：

Solaiman Shokur, Joseph E. O'Doherty, Jesse A. Winans, Hannes Bleuler, Mikhail A. Lebedev, and Miguel A. L. Nicolelis. Expanding the primate body schema in sensorimotor cortex by virtual touches of an avatar. PNAS August 26, 2013; doi:10.1073/pnas.1308459110 【原文下载】

作者：koo

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