想象一下，在夜間醒來(lái)時(shí)口渴，卻不得不在黑暗中去尋找一杯水。在視野不清的情況下，大腦必須估計杯子和自己手的位置——這是一個(gè)常常導致動(dòng)作不夠精確的挑戰。大腦需要處理兩條關(guān)鍵信息：首先，需要知道自己手的位置，其次，需要知道該如何移動(dòng)手。如果這些信息不準確，會(huì )發(fā)生怎樣的情況呢？來(lái)自DPZ的感知運動(dòng)研究團隊通過(guò)獼猴實(shí)驗對此進(jìn)行了研究。

在實(shí)驗中，獼猴通過(guò)手動(dòng)操控一種操縱桿在屏幕上移動(dòng)一個(gè)光標。研究人員考察了兩種類(lèi)型的不確定性：目標不確定性和反饋不確定性。在目標不確定性中，運動(dòng)的目標由多個(gè)分散的物體表示，導致不清楚目標的確切位置。而在反饋不確定性情況下，光標被多個(gè)分散的小物體替代，使得用戶(hù)難以判斷自己手的位置。此外，研究人員還測試了在猴子通過(guò)腦-計算機接口控制光標時(shí)反饋不確定性的影響，這種情況下，用戶(hù)的運動(dòng)僅依靠視覺(jué)信息作為反饋，而在自然手臂運動(dòng)中，身體還用其他感覺(jué)系統感知手的位置。

對運動(dòng)的不同影響

結果表明，大腦對不確定性的反應大相徑庭：目標不確定性主要影響運動(dòng)的規劃和啟動(dòng)階段。如果猴子不清楚目標的確切位置，運動(dòng)從一開(kāi)始就會(huì )變得不夠精確，表現為規劃不充分。這一點(diǎn)也在運動(dòng)皮層中的神經(jīng)元活動(dòng)上得到了體現。相比之下，由反饋不確定性所造成的運動(dòng)障礙，僅在猴子完全依賴(lài)視覺(jué)反饋時(shí)才明顯——這在通過(guò)腦-計算機接口控制時(shí)尤為突出。在這種情況下，反饋不確定性主要影響運動(dòng)的精確執行。

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1068828

圖片信息：DPZ感知運動(dòng)小組認知神經(jīng)科學(xué)系的研究人員。

研究人員還發(fā)現，運動(dòng)皮層中的神經(jīng)活動(dòng)同時(shí)反映了目標不確定性和反饋不確定性，但這兩種不確定性在處理時(shí)間上有顯著(zhù)差異。這表明，大腦在運動(dòng)控制的不同階段對目標和手位置的信息進(jìn)行整合。

對腦-計算機接口的啟示

這些發(fā)現可能為改善腦-計算機接口（BCI）提供重要參考。這項技術(shù)使癱瘓者能夠通過(guò)思維控制假肢或計算機。由于BCI用戶(hù)通常高度依賴(lài)視覺(jué)反饋，這往往是他們唯一可用的信息，因此，他們特別容易受到自身運動(dòng)感知不確定性的影響。整合額外的感覺(jué)信號可能是一個(gè)有效的解決方案。例如，振動(dòng)馬達或者其他觸覺(jué)反饋裝置，可以為用戶(hù)提供手部運動(dòng)的額外信息，這有助于彌補不確定性。由亞歷山大·蓋爾領(lǐng)導的研究團隊正在繼續實(shí)驗，并在新建立的協(xié)作研究中心SFB 1690中進(jìn)一步推進(jìn)這一研究方向。

來(lái)自感知運動(dòng)研究小組的神經(jīng)科學(xué)家Lukas Amann與Virginia Casasnovas共同擔任該研究，他們解釋道：“我們的結果表明，當有其他信息來(lái)源可用時(shí)，大腦能夠有效補償不確定性。這對于提高腦-計算機接口的效果至關(guān)重要，因為目前用戶(hù)主要依賴(lài)視覺(jué)反饋。額外的感覺(jué)刺激有望使神經(jīng)假肢的控制更加精確和直觀(guān)。”

因此，這項研究為理解大腦如何應對感官不確定性提供了寶貴的見(jiàn)解，這為開(kāi)發(fā)幫助運動(dòng)障礙人士的技術(shù)打下了基礎。

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-025-58738-x