神经现实
公益科学传播组织
2022-08-29 11:48
原创 U87 神经现实 收录于合集 #神经前研 | NeuroHub 207个
文献：Tchoe, Youngbin, et al. "Human brain mapping with multithousand-channel PtNRGrids resolves spatiotemporal dynamics." Science translational medicine 14.628 (2022): eabj1441.
DOI：10.1126/scitranslmed.abj1441
作者：U87 | 封面：Tendril * et al
“元宇宙”（Metaverse）概念的大火让脑机接口（Brain-Machine Interfaces，BMIs）步入了公众的眼帘。它结合了来自神经生理学、计算机科学和工程学的概念、方法和途径，致力于在活体大脑和机器之间建立实时的双向联系。尽管关于“直接连接大脑和机器”的理论命题和概念验证实验可以追溯到20世纪60年代初，但关于BMI的研究直到20世纪90年代末才真正开始，当时，这种方法与新的神经生理学方法相结合，用于采样大规模的大脑活动。
可以说，自研究开始，BMI的经典目标便是：
1）揭示和利用大脑分布和动态环路的工作原理和可塑性特性；
2）创造新的疗法以恢复严重残疾人的活动能力和感觉能力。
人脑含有约1000亿相互连接的神经元，是高度复杂和自适应的生物系统。在《神经科学：探索脑》（Neuroscience: Exploring the Brain）一书中，作者说到，“我们必须从学习脑细胞如何单独工作开始，然后再研究它们组合在一起是怎样运作的。”
- Tendril * et al -
1780年，意大利医生路易吉·洛伊洛伊奥·伽伐尼（Aloysius Galvani）发现死青蛙的腿部肌肉在接受电刺激时会发生颤动，由此拉开了人类研究电生理信号的大幕。二十世纪初，圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔（Santiago Ramon y Cajal）制作出第一幅脑内神经元连接环路图像。随后，埃德加·阿德里安（Edgar Adrian）使用金属微电极方法记录单个神经元产生的电脉冲，证明单个神经元通过处理和传输电生理信号，作为大脑的基本单位发挥作用，由此神经元学说被确立为大脑功能研究领域的基本理论。借助于组织学、电生理学和生物成像等技术的发展，单一神经元的解析得到蓬勃发展，并主导了20世纪脑组织功能的研究。
但是与卡哈尔分享诺贝尔医学和生理学奖的意大利解剖学家卡米洛·高尔基（Camillo Golgi）提出“功能模块”（functional module）理论，他认为脑组织的工作方式应接近心肌组织，是一个合胞体，是或融合或紧密连接的神经元的连续网络。但由于当时卡哈尔在组织学上证明了大多数大脑中的神经元之间存在突触间隙，从解剖学的角度否定了高尔基的观点。即使后来在哺乳动物大脑包括下橄榄核（inferior olive）、海马体（hippocampus）和新皮质（neocortex）在内的一些关键结构中，发现了通过电突触紧密连接的神经元网络，高尔基的假说依旧未得到重视。
20世纪40年代末，受19世纪初托马斯·杨（Thomas Young）关于颜色编码和20世纪初查尔斯·谢灵顿（Charles Sherrington）关于脊髓反射的工作的启发，理论家唐纳德·赫布（Donald Hebb）和神经生理学家约翰·莉莉（John Lilly）提出，复杂大脑的真正功能单位是“由大脑皮层和间脑中的细胞组成的分散结构”。他们认为这种结构“能够作为一个封闭系统短暂地发挥作用，向其他此类系统发出指令”。尽管唐纳德·赫布的代表作《行为的组织》（The Organization of Behavior）开启了系统神经科学中神经元网络编码的新纪元，然而，令人遗憾的是，这当时并未引发公众重视。
- Tendril * et al -
20世纪80年代重新兴起的神经元网络研究实验中，阿波斯托洛斯·乔治普洛斯（Apostolos Georgopoulos）发现灵长类动物初级运动皮层中的单个神经元对手臂运动的方向有广泛的调谐作用，而且这种神经元群（并不是单个的M1区神经元）必须汇集在一起才能计算出猴子即将移动手臂的方向。由此，赫布关于“大脑功能的神经元网络基础”的观点被推向大众视野。
20世纪90年代，对自由行动的动物进行长期多电极记录的电生理方法的引入，使神经生理学研究进入新的研究阶段。最初，只允许进行持续了几周甚至几个月的12-24个神经元的同步记录。到1995年中期，同时记录的神经元数量上升到48个，并增加了在不同的皮质下和皮层结构中记录单一神经元的功能。到1999-2000年，这种记录基准达到了100个神经元，而且在清醒的大鼠和猴子身上同时获得成功。
