科学家对脑机接口技术的研究开发已经持续了40多年，研究目标主要是对瘫痪病人或截肢者的假肢进行神经控制。由脑部活动直接控制假肢可以恢复部分失去的运动机能。这主要通过解码由电极记录的神经活动并将它转化为机械运动而实现。

然而由于缺乏假肢的传感反馈，这类系统的精度有限。瑞士日内瓦大学的神经学家们一直致力于通过在大脑皮层利用光学方法刺激神经活动来验证传感反馈的可能性。他们不仅发现了创建神经义肢运动人造知觉的可能性，而且基础学习过程进展的非常迅速。

神经反馈

成像方法和光学仿真

近日这些研究成果发表在《神经元》杂志上，通过诉诸现代成像方法和光学仿真工具，能够提供一个替代传统电极方法的创新手段。

该文章的摘要中写道：“采用双光子同时成像和实时光遗传学仿真的方法对老鼠进行训练，激活皮层运动区的单个神经元，同时按比例仿真躯体感觉皮质实现对活动水平的连续反馈。”

一般来说，脑机接口工作在很大程度上依赖于视觉感知：通过观察实现机械臂运动控制。通过观察它。因此大脑和机器之间的信息直接流动仍然是单向的。运动知觉不仅仅是基于视觉观察大多在于本体感觉，肢体感觉就像在太空一样。

日内瓦大学医学院神经科学学系教授Daniel Huber解释说：“因此，我们会有这样的疑问，是否有可能在脑机接口中建立双向通信：神经活动的读出和假肢运动转化与运动的回注感觉反馈同时进行。”

人造知觉

与使用电极的侵入方法相比，Huber教授的团队专门从事大脑活动成像和仿真的光学技术研究。通过使用双光子显微镜，他们能够以单细胞分辨率测量数百个神经元的活动。

“我们想测试小鼠是否能学会依靠人工感官反馈信号进行神经假体控制，” 日内瓦大学研究员和文章的第一作者Mario Prsa表示。“我们在运动皮层对神经活动进行成像。当老鼠激活某个特定的进行神经假肢控制的神经元时，我们就参照该活动应用仿真通过蓝光对感觉皮层进行反馈。”

感觉皮层的神经元对入射蓝光呈现光敏反应，被一系列光闪烁现象激活，从而结合成为人造感知反馈信号。在每一个阈上激活后小鼠都会得到奖励，20分钟后，当这种关联学会后，啮齿动物就能够更频繁地产生正确的神经元活动。

Huber表示，这意味着人造知觉不仅能被感知到，同时它能成功地整合为对假肢运动的反馈反应。通过这种方式，脑机接口就能实现双向运作。这类双向接口在未来将能提供更精确移动机器人手臂，对接触的物体或必要的力道进行感知。

目前日内瓦大学的神经科学家们正在研究如何生产更高效的感觉反馈系统。他们目前能够实现单一运动的反馈，他们仍在探索提供多个并联反馈通道的可能性。科学家们表示，这项研究正在为新一代更精确的双向神经假体的开发奠定基础。

此外，Huber教授补充：“我们知道一个个体中有数百万的神经连接存在。然而我们发现，动物仅仅激活某个特定的神经元进行假肢活动的控制，而不影响任何邻近的神经元。这是一个非常有趣的发现，它揭示了大脑可以进行目标追踪，对单个神经元的活动进行具体控制。”

来源： http://optics.org/news/8/2/34

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