Ready, set, go .
Manchmal ist das , wie unser Gehirn funktioniert. Wenn wir eine physische Handlung , wie das Erreichen für die Schlüssel wir auf dem Tisch bemerkte rechnen , die Neuronen , die die Aufgabe übernehmen Kontrolle eine Handlungsbereitschaft , wie Sprinter in die Hocke gebogen.
Andere Zeiten, aber unsere Neuronen müssen einfach reagieren , wie zum Beispiel , wenn jemand uns die Schlüssel zu werfen , ohne uns zuerst , um uns darauf vorzubereiten, zu fangen waren .
Wie wirken sich die Nervenzellen im Gehirn Steuer gegen ungeplante Armbewegungen geplant?
Krishna Shenoy , ein Stanford- Professor für Elektrotechnik , Neurobiologie (mit freundlicher Genehmigung ) und Bioengineering (Affiliate ) , wollte diese Frage im Rahmen der laufenden Bemühungen seiner Gruppe zur Entwicklung und Verbesserung hirngesteuertenProthesen zu beantworten.
In einem Papier veröffentlicht heute in der Zeitschrift Neuron , Shenoy und Erstautor Katherine Cora Ames, ein Doktorand in der Neurowissenschaften Graduate Program , präsentieren eine mathematische Analyse der Hirnaktivität von Affen , als sie erwartete und unerwartete Bewegungen erreicht werden.
Die Überwachung der Neuronen
Die experimentellen Daten stammen aus der Aufnahme die elektrische Aktivität der Neuronen im Gehirn, die Motor und premotor Funktionen zu steuern. Die Idee war, zu beobachten und in Experimenten, in denen die Affen aus geplanten oder reaktive Armbewegungen die Aktivität dieser Neuronen zu verstehen.
Was die Forscher fanden heraus , dass, wenn die Affen wusste, was Armbewegung sollten sie machen und wurden einfach auf die Cue zu handeln , elektrische Messungen zeigten, dass die Nervenzellen in das, was Wissenschaftler nennen das vorbereiten und halten Staat ging - das Gehirn Äquivalent bereit , Set wartet das Stichwort zu gehen .
Aber wenn die Affen gemacht ungeplanten oder unerwarteten Bewegungen , die Nervenzellen nicht durch die erwarteten vorbereiten und halten Zustand.
" Das war eine Überraschung ", sagte Ames.
Vor dem Experiment hatten die Forscher angenommen, dass eine Vorbereitung und halten Staat musste Bewegung vorausgehen. Kurz gesagt , sie dachten, die Neuronen musste in eine " bereit , setzen Sie" ducken , bevor auf der "go" Befehl handeln zu gehen.
Aber sie sonst entdeckt in drei Varianten eines Experiments mit ähnlichen Armbewegungen.
Experimentelles Design
In allen drei Fällen waren die Affen ausgebildet, um ein Ziel, das auf einem Anzeigebildschirm erscheint berühren.
Während jeder Bewegung , die Forscher messen die elektrische Aktivität der Neuronen in der Steuerung Armbewegungen.
In einer Reihe von Experimenten wurden die Affen das Ziel gezeigt, aber ausgebildet wurden nicht zu berühren , bis sie den "go" Signal bekommen . Dies wird als eine verzögerte Reichweite Experiments. Es diente als der geplanten Aktion .
In einer zweiten Reihe von Experimenten wurden die Affen ausgebildet, um die Ziel sobald es erschien berühren. Diese diente als ungeplante Aktion.
In einer dritten Variante wurde die Position des Ziels verändert. Es kurz an einem Ort auf dem Bildschirm erschien . Die Ziel dann erschien in einer anderen Position . Dies erforderte die Affen , um ihre Bewegungsplan zu überarbeiten.
Erste Affen zu sehen, dann Affe
Ames , dass in allen drei Fällen die erste Information , die Nervenzellen zu erreichen war das Bewusstsein des Ziels. "Wahrnehmung immer zuerst stattgefunden ", sagte Ames.
Dann wurden etwa 50 Millisekunden später erschienen einige Unterschiede in den Daten.
Wenn die Affen mussten für den Befehl go warten , das Gehirn -Aufnahmen zeigten, dass die Neuronen in eine erkennbare vorbereiten und halten Staat ging .
Aber in den beiden anderen Fällen haben die Neuronen nicht in die Vorbereitung und halten Zustand .
Stattdessen etwa 50 Millisekunden, nachdem die elektrischen Messwerte zeigten Anzeichen der Wahrnehmung, eine Änderung der neuronalen Aktivität signalisiert den Befehl an das Ziel zu berühren; es kam ohne erkennbare weitere Vorbereitung zwischen Wahrnehmung und Handlung . "Ready , Set " war unnötig. In diesen Fällen nur das die Neuronen , "Go!"
Anwendungen
"Diese Studie verändert die Sicht auf , wie die Bewegung kontrolliert wird ", sagte Ames . " Zuerst müssen Sie die Informationen, wo sich zu bewegen zu bekommen. Dann kommt die Entscheidung, sich zu bewegen. Es gibt keine spezifische Vorbereitung - und -Hold-Stufe , wenn Sie für das Signal zu bewegen warten. "
Diese nuancierten Verständnis sind wichtig, um Shenoy . Sein Labor entwickelt und verbessert elektronische Systeme, die neuronale Aktivität in elektronische Signale um eine Armprothese steuern, oder bewegen Sie den Cursor auf einem Computerbildschirm umwandeln kann.
Ein Beispiel für diese Bemühungen ist die Braingate -Studie hier in Stanford, nun unter US Food geführt
"Neben der fortschreitGrundHirnForschungwerden diese neuen Erkenntnisse zur besseren Gehirn gesteuerte Armprothesen und Kommunikationssystemen für Menschen mit Lähmungen führen", sagte Shenoy .