研究发现大脑靠视觉和身体两幅“地图”定位

2010-12-07 13:25 来源: 科技日报
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  据物理学家组织网12月5日报道,美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校(UCSB)研究人员利用核磁共振成像(MRI)技术研究了18个人的大脑,绘制了400个不同的手臂动作到达目标时的MRI图像。他们发现,大脑在计划动作时,有两种明显不同的定位类型:视觉地图和身体地图。研究发表在《神经元》(Neuron)杂志上。

  比如芭蕾舞演员在双人舞中抓住同伴的手或在黑夜里抚摸受伤的小腿时,要想让手臂到达正确的位置,其大脑要使用不同的“地图”来定位。最新研究表明,抓住对方的手,要依靠空间视觉地图,而抚摸小腿,则依靠头脑中的身体地图。

  之前的观点认为,所有的定位运动,包括导向视觉目标的或导向自身的,都是用视觉地图来计划。论文第一作者皮埃尔-迈克尔·波尼说:“我们发现,如果目标是视觉的,后顶叶皮层就会被激活,用视觉地图来编码运动;而在黑暗中完成一个动作,目标是非视觉的,就会由同样的大脑区域使用完全不同的身体地图来计划这一动作。”

  在观察大脑核磁共振图像时,他们检测了“血氧水平依赖信号”(BOLD),BOLD是一种能在毫米尺度观察大脑活动的间接性方法。此外还用了一套称为“复制压力”的全新方法。这种方法的工作原理是,当一个脑区与两个相似的连续动作有关时,它在第二次循环中会表现出更少活性。通过区分在重复相似的手臂定位活动中脑区发生响应的位置,研究小组能确定大脑用了身体地图还是视觉地图。

  UCSB大脑图像中心主管、心理学教授斯科特·格莱弗顿解释说,大脑力图制作出这个世界的地图。一个地图通过视觉系统来提供,另一个是身体在空间的位置,这一地图基于皮肤、肌肉和关节的本体感受来给身体各部位定位。这两种地图很不同。但新发现证明,无论视觉地图和身体地图是固定还是不固定,大脑都能在这些地图之间灵活切换。正是这种灵活性,支持着我们与世界相互作用的能力,帮助我们在千变万化中完成各种动作。

  研究结果能在两方面有重要应用:一是机器人技术,另一个就是在机械脑界面的领域。比如开发帮助截瘫患者的机械,关键就是理解与运动相关的信息如何在大脑中表现。