7月19日的《科學(xué)》（Science）雜志網(wǎng)站上發(fā)表了美國華盛頓大學(xué)圣路易斯分校科學(xué)家的研究成果,，他們設(shè)計了一項實驗,，讓兩只猴子繞過障礙物抓取目標(biāo)物，通過解碼它們執(zhí)行任務(wù)時的腦電活動,，能看到它們打算采取的“策略”,，而且能清晰顯示出它們不同的性格。
研究人員給神經(jīng)元放電率設(shè)置了參數(shù),，并將執(zhí)行任務(wù)中牽涉到的參數(shù)進(jìn)行編碼,。他們利用了一種專門測試隨意運動控制的標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)，叫做“中心—外圍任務(wù)”,，然后隨機(jī)選擇了兩只猴子進(jìn)行實驗,，兩只猴子恰好一只非常活躍,，一有風(fēng)吹草動就過早行動,；另一只則很安靜，觀察著直到所有條件都顯露出來才采取下一步行動?；钴S型猴子稱為H猴,，安靜型猴子稱為G猴。
在任務(wù)中,，猴子要把手從中心位置移動到目標(biāo)位置,，目標(biāo)物圍繞中心放置。該校工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程副教授丹尼爾·莫蘭解釋說,，要完成這一任務(wù),，猴子需要3條信息：手的當(dāng)前位置、目標(biāo)位置和速度向量,。
從猴子本身來說,，以直線路徑無障礙地到達(dá)目標(biāo)，則無法將速度編碼和目標(biāo)位置編碼區(qū)別開,，因為手的初速度方向和目標(biāo)位置方向總是相同,。為了區(qū)別目標(biāo)位置和運動方向，博士生托馬斯·皮爾斯在中心—外圍任務(wù)的基礎(chǔ)上,，設(shè)計添加了一種障礙回避任務(wù),。改進(jìn)后的任務(wù)還包括多個起點位置，以此把位置神經(jīng)編碼和速度神經(jīng)編碼區(qū)別開,。
在任務(wù)第三階段,，公共向量表示朝向目標(biāo)位置的速度。障礙出現(xiàn)后,，猴子必須將手移動一個弧形才能到達(dá)目標(biāo),，這時公共向量就延長且再次指向目標(biāo)。如果沒有出現(xiàn)障礙,，猴子會直接把手移動到目標(biāo),，也就是說，猴子腦中編碼的目標(biāo)位置和起點位置不在同一直線上時,，它必須把目標(biāo)位置“記在心里”,。“這就是設(shè)計任務(wù)所要做的。”莫蘭說,。
研究人員將兩只猴子的實驗數(shù)據(jù)分別解碼,，得到了清晰的圖景。它們打算采取哪種策略完成任務(wù)在第二階段清晰地顯示出來,，能看出它們完成任務(wù)的方式非常不同,。事實上，這就是猴子的“內(nèi)心想法”,。
在此階段,，目標(biāo)物已出現(xiàn)但障礙物尚未出現(xiàn)。在執(zhí)行任務(wù)時，H猴沒有等待,，它的公共向量顯示,，它準(zhǔn)備朝直接到達(dá)目標(biāo)的方向行動，而障礙物出現(xiàn)后,，它的公共向量縮短轉(zhuǎn)向另一個方向,，顯示出它不得不改變方向以避開障礙物。而G猴在此階段比較悠閑,，耐心等著障礙物出現(xiàn)后,，它才開始計劃行動方向，以避開障礙,。由于G猴不需要校正方向，所以能更快抓住目標(biāo),。
這能否說明它比H猴的冒進(jìn)策略更有利,？研究人員解釋說，在大部分沒有障礙物的實驗中,，H猴比G猴能更準(zhǔn)確地抓住目標(biāo),。也許從認(rèn)知類型上講，H猴更適合一個“打地鼠”（即需要快速直接反應(yīng)能力）的世界,，而G猴在不需要擬定計劃的情況下就會處于劣勢,。（生物谷Bioon.com）
doi:10.1126/science.1220642
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PMID:
Strategy-Dependent Encoding of Planned Arm Movements in the Dorsal Premotor Cortex
Thomas M. Pearce, Daniel W. Moran*
The kinematic strategy encoded in motor cortical areas for classic straight-line reaching is remarkably simple and consistent across subjects, despite the complicated musculoskeletal dynamics that are involved. As tasks become more challenging, however, different conscious strategies may be utilized to improve perceived behavioral performance. We discovered that additional spatial information appeared both in single neurons and in the population code of monkey dorsal premotor cortex when obstacles impeded direct reach paths. The neural correlate of movement planning varied between subjects in a manner consistent with the use of different strategies to optimize task completion. These distinct planning strategies were manifested in the timing and strength of the information contained in the neural population code.
