脊柱损伤、中风或神经系统疾病导致很多人失去运动或说话能力，他们的生活受到严重困扰。研究大脑如何对动作和语言进行编码有助于恢复患者的运动和言语功能。
1.研究背景及目的

抓握和操作日常用品的能力是独立生活中完成大多数日常任务所需的基本技能。脊髓损伤（Spinal cord injury,SCI）引发的部分或完全瘫痪会不可逆转地降低患者的自主性，导致功能损伤或丧失。手和前臂功能的恢复以及言语交流对于四肢瘫痪患者和患有某些神经疾病的患者（如肌萎缩侧索硬化症，ALS）非常重要。
脑机接口（Brain-machine interfaces,BMI）可以通过直接记录大脑的神经活动并解码这些信号来控制外部设备，如机械臂或手，从而赋予四肢瘫痪患者更大的独立性。最近，有研究指出脑机接口可利用神经信号重建言语功能。
边缘上回（SMG）是后顶叶皮质（PPC）、腹侧运动前皮质（PMV）和初级感觉皮质（S1）的一个亚区域，这些脑区是皮质抓握回路的关键组成部分。SMG参与处理复杂工具使用期间的运动活动。经颅磁刺激（TMS）和功能磁共振成像（FMRI）实验也表明SMG参与语言处理和言语工作记忆，表明其可能参与言语产生。然而SMG参与语音解码尚未得到证明。
2. 研究方法

一名颈椎C5级脊髓损伤的参与者被招募参加了脑机接口临床试验。
植入的靶区为左腹侧运动前皮质（PMV）、边缘上回（SMG）和初级体感皮质（S1）。当参与者执行想象的到达和抓取任务时，使用功能磁共振成像确定PPC和PMV内的确切植入位置。受试者在不同方向上进行精确抓握、强力抓握或伸展。对于S1植入物的定位，受试者在功能磁共振成像期间接触到肱二头肌、前臂和鱼际隆起上有残留感觉的区域，并报告接触次数。
实验任务：通过从“人类抓取数据库”中获取的视觉图像，提示五种不同的抓取任务，以检查SMG、PMV和S1中与想象抓取相关的神经活动。
Go/No-Go任务：呈现一个绿色圆圈（Go条件）或一个红色圆圈（No-Go条件后），参与者被指示想象在Go条件正常执行提示抓取，对No-Go条件不做任何事情，示例如图1所示。在每个训练日，进行“运动想象任务”（与Go任务相同）、“口头抓握任务”和“口头颜色任务”，以便在任务之间进行比较。

在Go/No-Go版本的任务中，SMG和PMV的示例单元的平滑放电率显示了对抓取“Sphere3Finger”的神经元调制，如图2所示。与No-Go试验的动作阶段相比，运动意象在Go试验的动作阶段引起了强烈的反应。

                                                     图1  用于提示四肢瘫痪的人类的运动图像

                                                        图2  对抓取“Sphere3Finger”的神经元调制

Go实验和No-Go实验在SMG, PMV围棋测试中50ms时间箱中所掌握的频道百分比分别如图3（A），图3（B）所示。

                                       图3  SMG, PMV围棋测试中50ms时间箱中所掌握的频道百分比

Go实验和No-Go实验测试过程中ITI、提示阶段和动作阶段窗口中每个抓握调优的单位的堆叠百分比分别如图4（A)，图4（B）所示。

                        图4  ITI、提示阶段和动作阶段窗口中每个抓握调优的单位的堆叠百分比

GO实验中在 SMG 和 PMV 的围棋试验中，提示和动作分析窗口之间的调谐单元重叠，如图5所示。

                                               图5  提示和动作分析窗口之间的调谐单元重叠

3. 研究结果

这项研究首次表明，人类SMG中的单个神经元群体编码各种想象抓取。并且发现了一个对想象抓握和口语进行编码的区域，扩展了认知BMI的概念。在BMI中，来自大脑高级认知区域的信号可以提供大量有用的大脑信号。这项研究为神经系统损伤患者的康复具有推动作用。

论文来源：
Wandelt S K, Kellis S, Bjånes D A, et al. Decoding grasp and speech signals from the cortical grasp circuit in a tetraplegic human[J]. Neuron, 2022, 110(11): 1777-1787. e3.
参考来源：
https://mp.weixin.qq.com/s/kMhCp6kVzNAYHePYSqQB-w

撰稿人：陈洁

审稿人：黄海云