鼠标控制的鼠标有助于研究人员了解故意控制

鼠标控制的鼠标有助于研究人员了解故意控制
大脑两个控制区域的活动被实时读出。活动的差异被解码器转换成屏幕上视觉光标的位置。如果动物能够以正确的方式不同地激活这两个区域,光标就会移动到屏幕边缘的目标位置,动物就会得到豆浆奖励。资料来源:塞恩斯伯里惠康中心

我们知道大脑可以指导思想,但这是如何实现的很难确定。英国塞恩斯伯里维尔科姆中心(Sainsbury Wellcome Centre)的研究人员设计了一种大脑机器接口(BMI),它可以让老鼠学会只用大脑活动来引导光标。通过监测这只由老鼠控制的老鼠移动到目标位置接受奖励,研究人员能够研究大脑是如何代表有意识控制的。

该研究于今日发表于神经元,揭示了大脑是如何代表受因果控制的物体的。研究人员发现,当老鼠控制光标时,在较高的视觉皮层中,目标是针对动物意图的目标和包含的信息。这项研究可以有一天有助于提高BMI设计。

“脑机接口是允许人或动物用大脑控制电脑的设备。在人类中,这可能是控制拿起一杯水,或移动电脑上的光标,用大脑输入信息。该论文的第一作者凯利·克兰西博士(Kelly Clancy)说。她在伦敦大学学院塞恩斯伯里·韦尔科姆中心(Sainsbury Wellcome Centre, University College London)完成了这项研究,此前她在巴塞尔大学生物中心(Biozentrum, University of Basel)进行了研究。

“目前,人体质量指数对人类来说很难使用,比如,学习如何控制机械手臂需要很长时间。一旦我们理解了这篇论文的合著者,伦敦大学学院Sainsbury Wellcome中心主任Tom mrsicl - flogel教授说:“支持如何有意识的控制是学习的,这是这项工作开始阐明的,我们希望能够使人们更容易使用bmi。”

顶部面板,从上到下:跑步,舔和大脑活动的训练。动物必须增加控制区域1 (R1,蓝色)的活动,而控制区域2 (R2,绿色)将视觉光标带到目标以获得奖励(最下面的痕迹是活动差异R1-R2)。青色线表示试验开始,粉色线表示成功,黑色线表示失败试验结束。中间面板:重建光标位置。动物必须将光标移到屏幕上的8号位置300毫秒才能获得奖励。底部面板:大脑活动视频,显示R1(蓝框)和R2(绿框)的位置。资料来源:塞恩斯伯里惠康中心

传统上,很难研究大脑是如何表现由因果控制的物体的。想象一下大脑是如何代表它控制的光标还是它被动观察的光标的。在第一种情况下有运动信号,但在第二种情况下没有,所以很难比较两者。有了bmi,受试者的身体不会移动,所以可以进行更清晰的比较。

在这项研究中,研究人员使用了一种叫做宽视野大脑成像的技术,当动物使用BMI时,他们可以看到整个大脑皮层的背侧表面。这项技术使大脑皮层的一个无偏见的屏幕能够定位那些参与有意识地控制光标的区域。

小鼠的视觉皮层区域被发现参与了这项任务。这些区域包括顶叶皮层,这是大脑中与人类意图有关的区域。

“研究人员已经长期以来一直在人类中研究了耳廓皮质。然而,我们不一定期望这一领域在我们的小鼠大脑的无偏屏幕中弹出。似乎有一些特别的东西因为它位于大脑的感觉区和运动区之间,可能是两者之间的中站,”凯利·克兰西博士补充说。

研究人员希望通过更深入地研究这种工作站的工作方式,来了解大脑是如何施加控制的。在这项研究中,老鼠学会了将他们的大脑活动映射到感觉反馈上。这与我们学习与世界互动的方式类似——例如,我们根据鼠标的增益设置来调整鼠标的使用方式。我们的大脑构建了物体典型行为的表象,并相应地执行动作。类中生成和更新此类规则的方法研究人员希望能够改善身体质量指数。


进一步探索

研究更接近脑机接口自主权

更多信息:Kelly B. Clancy等人,因果控制物体的感觉表征,神经元(2020)。DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.12.001
由Sainsbury Wellcome中心提供
引用:鼠标控制的鼠标帮助研究人员理解意图控制(2020年,12月22日),2021年5月16日从//www.pyrotek-europe.com/news/2020-12-mouse-controlled-mouse-intentional.html检索
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