一项由德国灵长类动物研究中心（DPZ）– 莱布尼茨灵长类动物研究所的神经科学家进行的新研究显示，我们的大脑以不同的方式处理运动中的不同形式的视觉不确定性。根据不确定性的类型，大脑中运动的计划和执行受到不同的影响。这些发现可能有助于优化脑机接口，例如，帮助瘫痪的人仅凭思想控制假肢或计算机。
想象一下，在夜间醒来口渴，必须在黑暗中去拿一杯水。没有清晰的视线，你的大脑必须估计杯子的位置和手的位置——这是一项常常导致运动不精确的挑战。大脑处理了两个关键信息：它需要知道手的位置和要移动到哪里。但如果这些信息不准确，会发生什么呢？DPZ的感觉运动研究小组的科学家在与猕猴的研究中调查了运动控制中的视觉不确定性问题。
在实验中，猴子通过手操纵一种摇杆在屏幕上移动光标。研究了两种类型的不确定性：在目标不确定性中，运动的目标由多个分散的物体表示，因此目标确切位置并不明确。在反馈不确定性的情况下，光标被多个分散的小物体替代，因此用户自己手的位置也不明确。此外，研究人员测试了在猴子通过脑机接口几乎仅凭思想控制光标时，反馈不确定性的影响。在这种情况下，唯一可用的视觉信息作为对自身运动的反馈，而不像自然的手臂运动，身体还通过其他感官系统感知手的位置。
结果显示大脑对不确定性反应不同：目标不确定性主要影响运动的计划和开始。如果猴子不确切知道目标在哪里，运动一开始就是不够精确，即计划不精确。这在运动皮层中的神经元活动上也得到了反映。相反，由于反馈不确定性造成的运动障碍仅在猴子完全依赖视觉反馈时才明显——例如使用脑机接口进行控制时。在这种情况下，反馈不确定性主要影响运动的精确执行。
研究人员还发现，运动皮层中的神经活动反映了目标和反馈不确定性，但这两种不确定性是在不同时间处理的。这表明大脑在运动控制的不同阶段整合关于目标和手位置的信息。
这些发现可能有助于改善脑机接口（BCI）。这项技术使得瘫痪的人，例如，能够仅凭思想控制假肢或计算机。由于BCI的用户通常非常依赖视觉反馈，因为这往往是他们唯一可以使用的信息，因此他们在感知自身运动时特别容易受到不确定性的影响。整合额外的感官信号可能是一个有前景的解决方案。例如，振动马达，即触觉反馈，可以为用户提供关于手运动的额外信息，并弥补不确定性。由亚历山大·盖尔领导的研究小组已经在继续进行实验并在新的合作研究中心SFB 1690的框架下进一步发展研究方法。
与维尔吉尼亚·卡萨斯诺瓦斯共同撰写研究的感觉运动研究小组的神经科学家卢卡斯·阿曼解释道：“我们的结果表明，当有替代信息源可用时，大脑可以弥补不确定性。这是改善BCI的一个关键因素，因为用户当前往往仅限于视觉反馈。额外的感官刺激可能有助于使神经假肢的控制更加精确和直观。”
因此，这项研究为大脑如何处理感官不确定性提供了重要见解——这是进一步开发能够帮助运动障碍患者的技术的基础。
