近日來自加州大學伯克利分校和葡萄牙未知技術研究中心（Champalimaud Centre for the Unknown）的神經科學家們在新研究中證實大腦遠比我們原先想象的更具靈活性和可訓練性。經過一個稱為可塑性的過程，大腦的部分區域可被訓練完成正常情況下無法執行的任務。這一研究發現為研發出思維控制的假肢裝置幫助脊髓損傷、截肢和其他病損的患者開啟了大門。相關研究論文于3月4日在線發表在Nature雜志上。

在過去的十年里，利用腦電波來控制無形的物質已經走出了特技表演和通靈學的范疇，進入到新興的神經修復學領域。來自加州大學伯克利分校的研究人員長期從事自然運動中的大腦回路研究，希望能通過模擬這些運動過程來開發出假肢器官裝置。

加州大學伯克利分校電子工程學、認知科學和神經科學副教授Jose Carmena說：“我們希望我們對于大腦線路的新見解將能夠推動開發出在感知上盡可能接近我們四肢的更好的具有更廣泛用途的假肢設備。新發現借助學習控制BMI（腦機接口）揭示了抽象技能學習過程中利用的一種大腦固有環路。”

在過去的研究中，研究人員在學習使用假肢設備時無法將身體運動作用排除在外。Carmena說：“大部分腦機接口研究均在健康的、四肢健全的動物中開展。我們的研究表明即便不涉及身體運動，也可以進行神經修復控制。”

為了澄清這些問題，科學家們設計了一個巧妙的實驗，在沒有明顯身體運動情況下讓大鼠完成一種完全抽象的任務。研究人員借助于大鼠胡須抽動與食物獎賞實驗解析了這一過程中靶向運動神經的作用。

研究人員給大鼠裝上了可將腦電波轉化為聽覺音的腦機接口。為了得到食物獎勵，小鼠不得不調節它們的特異腦環路內思維模式以提高或降低信號強度。聽覺反饋被給予大鼠讓它們學習將特異的思維模式與特定的聽覺音聯系起來。在短短的兩周內，小鼠很快就學會要得到食物球，它們就要創造出一個高聽覺音，要得到糖水，它們就必須創造出一個低聽覺音。如果任務中的一組神經元參與調控了它們的標準功能——胡須抽動——那么就不會有音調改變，因此也不會有食物獎賞。

研究人員發現這種聽覺音的調控是通過大鼠通過調節初級運動皮層活性實現的。研究證實皮質紋狀體可塑性是抽象技能學習的必要條件，神經修復性運動利用了自然運動學習中的神經回路。研究結果還表明這些學習性的神經修復行為并非是習慣性行為，而是一種帶有意圖性和直接目的性的行為。Costa說，大鼠會根據它們自身的饑餓或口渴程度調節音量從而控制攝入食物顆粒或糖水的量、行動時間，以及如何在缺乏身體運動的情況下去完成它。

研究人員希望上述研究發現將推動研發出能夠感受自然的新一代假肢裝置。“我們希望讓人們覺得用大腦來移動他們的機械手臂并非是件辛苦的事情。”Carmena說。