《Scientific Reports》：An intracortical brain-machine interface based on macaque ventral premotor activity
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本研究针对传统脑机接口(BMI)过度依赖初级运动皮层(M1)和背侧前运动皮层(PMd)的局限，探索腹侧前运动皮层(PMv)F5c区在运动解码中的潜力。通过猕猴实验发现，基于F5c神经活动的BMI在2D光标控制和3D环境机器人控制任务中达到优于M1/PMd的解码成功率。研究表明PMv神经响应在观察与执行阶段高度一致，为运动功能障碍患者提供了新的BMI控制靶点。
在脑机接口技术迅猛发展的今天，如何让瘫痪患者通过思维直接控制外部设备已成为神经工程领域的核心挑战。传统脑机接口系统主要依赖初级运动皮层和背侧前运动皮层的信号解码，但这类方法在复杂运动控制方面仍存在局限性。当人们观察他人动作时，大脑中是否存在可直接用于运动控制的神经信号？这项发表于《Scientific Reports》的研究给出了突破性答案。
研究人员将目光投向腹侧前运动皮层中专门负责抓取动作识别的F5c区域。该区域在灵长类动物观察动作时会产生特异性神经放电，这种"镜像神经元"特性使其成为脑机接口开发的理想候选靶区。为验证这一设想，团队在两只雄性猕猴的F5c、背侧前运动皮层和初级运动皮层同时植入犹他阵列，通过精巧设计的对比实验揭示不同脑区在运动解码中的效能差异。
关键技术方法包括：在猕猴F5c、PMd和M1区慢性植入犹他阵列记录神经信号；设计2D光标控制任务和3D环境机器人控制任务；采用运动选择性通道数量控制下的解码算法对比分析；在被动观察和在线解码阶段进行多单元及群体神经元响应特性比较。
研究结果显著：
在二维光标控制任务中，基于F5c神经活动的解码性能达到甚至超过传统脑区。当控制运动选择性通道数量时，F5c解码成功率呈现明显优势，这表明该区域神经信号具有更高效的运动编码特性。
在三维环境机器人控制实验中，F5c同样展现出卓越的解码稳定性。特别值得关注的是，所有脑区在训练阶段（被动观察光标运动）和在线解码阶段的神经响应高度相似，仅少量神经元群体表现出运动方向选择性调制。这种响应一致性为脑机接口的临床转化提供重要理论基础。
通过多单元和群体水平分析发现，F5c区域神经活动在动作观察和执行阶段保持高度同步性。这种特性使得基于该区域的脑机接口系统可能减少校准时间，提高运动意图识别的自然度。研究人员进一步证实，F5c区神经元在动作观察时产生的相位调制模式可直接迁移到在线控制任务，这种神经可塑性为开发自适应脑机接口系统开辟了新途径。
该研究的突破性在于首次系统论证了腹侧前运动皮层作为脑机接口信号源的可行性。相较于传统依赖初级运动皮层的方案，基于F5c的解码策略在保持精度的同时，可能更适合处理复杂动作意图。特别是在动作观察情境下激活的神经回路，为运动功能障碍患者提供了更直观的控制范式。
这些发现对渐冻症等运动神经元疾病患者的康复意义重大。通过利用患者观察他人动作时激活的神经回路，可能实现无需大量运动想象的脑机接口控制。研究揭示的神经响应一致性规律，也为开发新一代自适应脑机接口系统奠定了理论基础。未来研究可进一步探索F5c区在复杂三维运动控制中的潜力，以及其与镜像神经元系统的协同工作机制。
