光信號也能用于研究大腦意志的調整

美國加利福尼亞大學伯克利分校一個研究小組當前正設法利用那些更小的電位，作為意志意圖的指標，研究大腦在學習過程中的意志活動。腦-機接口（BMIs）不僅在神經學方面有很多應用，還是研究神經元整體動力學的有力工具。但在任何實際接口中，能得到的記錄位點數量都是有限的，而研究人員想得到來自每個位點的盡可能完全的信號。為了建立更好的腦-機接口，研究人員開始更深入地觀察低于神經元興奮閾值以下的活動。

研究人員訓練小鼠能響應音調高低來調整自己的神經興奮性，目標集中在小鼠的層Ⅱ-Ⅲ神經元上，這些神經元形成了小鼠的運動皮層或體感皮層，由基因編碼的鈣指標gCaMP6f來專門表達。研究人員用雙光子成像來記錄這種鈣指標信號，能記錄到150×150平方微米視域內的每個細胞。他們用與峰值有關的鈣信號訓練小鼠操控聲音光標，結果小鼠只用幾天就學會了這項任務，并在隨后的時間里表現得越來越好。

研究人員解釋說，只用皮層錐體細胞產生的峰值有很多問題。閾值以下電位或離子流與細胞的峰值行為相關，但也并非總是如此。比如，腦干眼球運動神經元突然放電頻率超過300赫茲，只是為了“吸引”眼球的注意。一個錐體細胞可能每隔幾秒才興奮一下，直到做完全不同的事，它們才會選擇放電。如果希望錐體細胞的樹突和突觸放電過程保持大致相同的頻率，顯然這樣的結果會丟失許多信息。而那些例外的錐體細胞峰值可能更有用。它們反映的情況或許是在幾百只蒼蠅中有一只飛向一匹馬，讓馬突然弓背躍起等情況。錐體細胞也可能自己產生峰值，比如開飯的鈴聲。

研究人員還指出，只記錄峰值從總體上不能反應皮層處理信息的過程。如果不把多種豐富的神經元現象考慮進來，要想重新構建一種算法，把刺激因素，或對內部意圖的推測完整拼接在一起是非常困難的。雖然要把實驗轉移到人類身上，還需要很多實驗硬件，但新研究為科學家從腦中獲悉個體意愿提供了一些基本的新線索。