一个光学就是运动控制接口支持信息交换
两个人类或动物个体之间的通信通常依赖于感官系统视觉,听觉,嗅觉,或联系。科幻小说已经推广的潜力之间直接传输信息的大脑运动控制。举个例子,在2009年的电影《阿凡达》,人类用他们的头脑来远程控制的大脑Na 'vi-human混合动力车在现实世界中导航。最近的一些研究提出检索从一个大脑电生理信号的可能性影响大脑神经活动在另一个通过电或经颅磁刺激,建议的令人兴奋的概念之间的直接信息交换大脑通过就是接口(BtBIs)。
然而,BtBIs迄今为止所需要求的技术长期的使用,多通道记录解码信息从一个编码器个人,低利率限制的信息传输到目标神经回路。多通道单机制录音技术挑战性,往往缺乏程控特异性。脑电图记录皮层下无法进入区域精确解码特定的意图。
此外,脑电图稳态视觉诱发电位的录音需要外部视觉刺激产生大脑活动而不是内部的神经活动。另一个挑战在于喂电生理的需要信息,一旦被破解,正确的细胞类型和大脑神经回路在目标。由于这些技术的局限性,信息传递率通常是低量程的0.004 - -0.033比特/秒。使用BtBI控制运动似乎是特别困难的,因为运动涉及到频繁的启动,停止,和连续的变化速度不到一秒的规模。
最近,敏敏罗博士的实验室发表了一篇研究文章,题为“一个光学就是接口支持快速精确的运动控制信息传播,”在《华尔街日报》中国科学生命科学。在这部作品中,作者建立了一个光学BtBI支持快速精确的运动控制信息传输,因此提供了一个概念验证演示快速BtBI实时行为控制。
在这项研究中,作者展示了一个光学BtBIs光纤光度法用于记录人口Ca2+倪神经元的信号从主鼠标,然后改变了蓝色激光脉冲信号,最后交付激光脉冲倪的《阿凡达》的老鼠。这种光学BtBI指示《阿凡达》的老鼠密切模仿主人的运动信息传输速率大约三前BtBIs高出两个数量级。
本研究强调的重要性,选择合适的神经回路和选择合适的circuit-probing技术在构建高性能BtBI。首先,大脑结构的选择是非常重要的实现任务相关BtBIs。这里作者收集的神经信号,控制运动速度和运动状态的精确报告基因标示NMB倪脑桥的神经元。第二,选择纤维测光的Ca2+信号提供了几个优势:1)它稳定记录特定程控的人口神经元活动执行类似的功能;2)高信噪比(信噪比);3)很容易实现,因为它绕过多渠道的挑战性任务单元记录从动物行为和不再需要从大型数据集的广泛的解码信息。最后,作者用optogenetic刺激,也喜欢微调的优势基因定义的一组神经元的活动在一个特定的大脑区域。
总之,本研究表明光学大脑-大脑接口,支持快速精确的运动控制信息传输,和代表了主要的一步实现BtBIs的全部潜力。
