你的大脑如何记住运动序列

有没有想过John Coltrane在他的专辑Giant Steps上演奏着名独奏时脑子里发生了什么?日本国家信息通信技术研究所(NICT)和加拿大西部大学的研究人员成功地可视化了在熟练的手指运动序列中，信息如何在人类大脑皮层的广泛区域中呈现。

与常见的假设相反，研究人员发现，前运动和顶叶皮质中的重叠区域代表多级运动等级中的序列(例如，几个手指运动的块或几个块的块)，而单个手指运动(即，层次结构中的最低级别)在初级运动皮层中唯一地表示。这些结果揭示了人脑中皮质序列表现的第一个详细地图。该结果还可以提供一些线索，用于定位新的候选脑区域作为运动BCI应用的信号源或开发更复杂的算法以重建复杂的运动行为。

结果被网上公布的横井和Diedrichsen在“分层有序运动代表处在人类大脑皮层神经组织的”神经元在2019 7月22日。

成就

记住/产生长而复杂的运动序列的最佳方法是递归地将它们分成几个较小的部分。例如，音乐作品可以被记住为一系列较小的块，每个块表示一组经常共存的音符。长期以来，这种等级组织一直被认为是我们对运动序列的控制的基础，从高度熟练的行为，如播放音乐，到日常行为，如制作一杯茶。然而，关于如何在我们的大脑中实现这些层次结构知之甚少。

在一篇发表在Neuron杂志上的新研究中，Atsushi Yokoi，信息与神经网络中心(CiNet)，NICT和JörnDiedrichsen，西部大学脑与心灵研究所，提供了如何表示分层组织序列的第一个直接证据通过人类大脑皮层的人口活动。

研究人员测量了细粒度的fMRI活动模式，而人类参与者则产生了8个不同的记忆序列，包括11个手指按压。“记住8个不同的11个手指按压序列是一项艰巨的任务，所以你肯定需要按层次组织它们，”该研究的资深作者，加拿大西部大学的电机控制和计算神经科学西方研究主席Diedrichsen说。“为了研究层次结构，你真的需要序列具有这么多的复杂性。目前很难训练动物学习这些序列，”该研究的主要作者Yokoi补充说，他是Diedrichsen小组的前博士后研究员。因为他们都在英国伦敦大学学院认知神经科学研究所，

通过一系列仔细的行为分析，研究人员可以证明参与者按照三级层次结构对序列进行编码;(1)单个手指按压，(2)由两个或三个手指按压组成的块，以及(3)由四个块组成的整个序列。然后，他们可以使用机器学习技术来描述关于这些层次结构的fMRI活动模式。

正如所料，初级运动皮层中的模式，控制手指运动的区域，似乎只取决于每个单独的手指移动，而不依赖于它在序列中的位置。高阶运动区域(例如前运动和顶叶皮质)中的活动显然可以显示在块或整个序列的水平上编码顺序上下文。因此，与初级运动皮层相比，这些区域“知道”之前播放的内容以及正在进行的手指按压后的内容。

这项研究首次允许深入了解这些高阶表示的组织。令人惊讶的是，不同级别的序列信息大大重叠。无监督聚类方法进一步将这些区域细分为不同的聚类，每个聚类具有不同的表示混合比率，就像使用iPhone存储的方式一样。这些结果揭示了人脑中皮质序列表现的第一个详细地图。

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