【資料圖】

資料圖

他們的研究最近發(fā)表在《Journal of Neuroscience》上，這可能有助于解釋個(gè)人如何記住事情和掌握新技能。另外，它還可能有助于為那些有神經(jīng)系統(tǒng)疾病或受傷的人創(chuàng)造輔助工具。

據(jù)該研究的論文第一作者、MGH神經(jīng)技術(shù)和神經(jīng)恢復(fù)中心的神經(jīng)學(xué)家Daniel Rubin博士介紹稱(chēng)，科學(xué)家們?cè)缇椭涝谒咂陂g會(huì)發(fā)生一種被稱(chēng)為“重放”的現(xiàn)象。重放被認(rèn)為是大腦用來(lái)回憶新信息的一種機(jī)制。當(dāng)一只老鼠被教導(dǎo)瀏覽一個(gè)迷宮時(shí)，監(jiān)測(cè)設(shè)備可能表明，當(dāng)它遵循正確的路徑時(shí)腦細(xì)胞或神經(jīng)元的精確模式會(huì)亮起。Rubin說(shuō)道：“然后，以后，當(dāng)動(dòng)物在睡覺(jué)時(shí)，你可以看到這些神經(jīng)元會(huì)以同樣的順序再次發(fā)射。科學(xué)家們推斷，這就是大腦在睡眠期間練習(xí)新獲得的知識(shí)的方式，并使記憶得到鞏固--也就是說(shuō)，從短期記憶變成長(zhǎng)期記憶?！?/p>

然而重放只在實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物中得到了適當(dāng)?shù)恼故?。“在神?jīng)科學(xué)界一直有一個(gè)公開(kāi)的問(wèn)題。這個(gè)關(guān)于我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)事物的模型在多大程度上對(duì)人類(lèi)是真實(shí)的？它對(duì)不同種類(lèi)的學(xué)習(xí)是真實(shí)的嗎？”神經(jīng)學(xué)家Sydney S. Cash博士問(wèn)道，他是MGH的神經(jīng)技術(shù)和神經(jīng)恢復(fù)中心的聯(lián)合主任，也是這項(xiàng)研究的論文共同第一作者。Cash指出，重要的是，了解運(yùn)動(dòng)技能的學(xué)習(xí)是否發(fā)生重放有助于指導(dǎo)神經(jīng)疾病和損傷患者的新療法和工具的開(kāi)發(fā)。

為了研究重放是否發(fā)生在人類(lèi)運(yùn)動(dòng)皮層--管理運(yùn)動(dòng)的大腦區(qū)域--Rubin、Cash和他們的同事招募了一名36歲的四肢癱瘓（也叫四肢癱瘓）的男子，這意味著他的上下肢無(wú)法移動(dòng)，在他的案例中是由于脊髓損傷。該名男子在研究中被確認(rèn)為T(mén)11，是一個(gè)腦機(jī)接口設(shè)備臨床試驗(yàn)的參與者，該設(shè)備可以讓他在屏幕上使用電腦光標(biāo)和鍵盤(pán)。該研究設(shè)備是由BrainGate聯(lián)盟開(kāi)發(fā)，該聯(lián)盟是由來(lái)自數(shù)個(gè)機(jī)構(gòu)的臨床醫(yī)生、神經(jīng)科學(xué)家和工程師合作開(kāi)發(fā)，目的是創(chuàng)造技術(shù)來(lái)恢復(fù)患有神經(jīng)疾病、受傷或肢體喪失的人的交流、行動(dòng)和獨(dú)立。該聯(lián)盟由MGH、布朗大學(xué)和退伍軍人事務(wù)部的Leigh R. Hochberg博士指導(dǎo)。

在這項(xiàng)研究中，T11被要求執(zhí)行一項(xiàng)類(lèi)似于電子游戲Simon的記憶任務(wù)，在該游戲中，玩家觀察一個(gè)閃爍的彩燈圖案，然后必須回憶并重現(xiàn)該序列。他僅僅通過(guò)思考自己的手的動(dòng)作來(lái)控制電腦屏幕上的光標(biāo)。植入T11運(yùn)動(dòng)皮層的傳感器測(cè)量了神經(jīng)元的發(fā)射模式，這反映了他預(yù)期的手部運(yùn)動(dòng)，這使得他能在屏幕上移動(dòng)光標(biāo)并在他想要的位置點(diǎn)擊它。這些大腦信號(hào)被記錄下來(lái)并以無(wú)線方式傳輸?shù)揭慌_(tái)電腦上。

那天晚上，當(dāng)T11在家里睡覺(jué)時(shí)，他的運(yùn)動(dòng)皮層的活動(dòng)被記錄下來(lái)并無(wú)線傳輸?shù)诫娔X上。Rubin說(shuō)道：“我們發(fā)現(xiàn)的是非常不可思議的。他基本上是在睡夢(mèng)中玩了一夜的游戲。”Rubin指出，有幾次，T11在睡眠中的神經(jīng)元發(fā)射模式跟他當(dāng)天早些時(shí)候進(jìn)行記憶匹配游戲時(shí)的模式完全一致。“這是有史以來(lái)在人類(lèi)睡眠期間看到的運(yùn)動(dòng)皮層重放的最直接證據(jù)?！?/p>

據(jù)悉，研究中檢測(cè)到的大部分重放都發(fā)生在慢波睡眠期間，這是一個(gè)深度沉睡的階段。有趣的是，當(dāng)T11處于快速眼動(dòng)睡眠時(shí)，檢測(cè)到重放的可能性要小得多，而快速眼動(dòng)睡眠是最常跟做夢(mèng)相關(guān)的階段。Rubin和Cash認(rèn)為這項(xiàng)工作是學(xué)習(xí)更多關(guān)于重放及其在人類(lèi)學(xué)習(xí)和記憶中的作用的基礎(chǔ)。

Cash表示：“我們的希望是，我們可以利用這些信息來(lái)幫助建立更好的腦機(jī)接口并提出一些范例從而幫助人們更快更有效地學(xué)習(xí)，以便在受傷后重新獲得控制。”另外，他還補(bǔ)充稱(chēng)：“這種研究從我們與參與者的密切互動(dòng)中獲益匪淺，”他對(duì)T11和BrainGate臨床試驗(yàn)的其他參與者表示感謝。

Hochberg也表達(dá)了贊同。他說(shuō)道：“我們令人難以置信的BrainGate參與者不僅為創(chuàng)建一個(gè)恢復(fù)交流和行動(dòng)能力的系統(tǒng)提供了有益的反饋，而且他們還為我們提供了推進(jìn)人類(lèi)基本神經(jīng)科學(xué)的難得機(jī)會(huì)--了解人類(lèi)大腦如何在單個(gè)神經(jīng)元的電路水平上工作并利用這些信息建立下一代恢復(fù)性神經(jīng)技術(shù)。