Cell：大脑是如何感知身体位置和运动的

EPFL的研究人员使用神经网络来研究本体感觉，即大脑用来“了解”身体运动和位置的感觉。

　　

你的大脑是如何知道你身体不同部位的位置和运动的?这种感觉被称为本体感觉，它有点像“第六感”，允许我们自由移动，而不需要一直看着我们的四肢。

本体感觉涉及嵌入肌肉的复杂传感器网络，它将肢体位置和运动的信息传递回大脑。然而，人们对大脑如何将从肌肉接收到的不同信号组合在一起知之甚少。

由EPFL的Alexander Mathis领导的一项新研究通过探索我们的大脑如何产生身体位置和运动的凝聚力，揭示了这个问题。这项研究发表在《细胞》杂志上，由博士生Alessandro Marin Vargas、Axel Bisi和Alberto Chiappa进行，实验数据来自西北大学的Chris Versteeg和Lee Miller。

“人们普遍认为感觉系统应该利用世界的统计数据，这个理论可以解释视觉和听觉系统的许多特性，”Mathis说。“为了将这一理论推广到本体感觉，我们使用肌肉骨骼模拟器来计算分布式传感器的统计数据。”

研究人员使用这种肌肉骨骼模型来产生上肢的肌肉纺锤波信号，从而产生一系列“大规模的、自然的运动清单”。然后，他们使用这些曲目来训练数千个“任务驱动”的神经网络模型来完成16个计算任务，每个任务都反映了关于本体感觉通路(包括脑干和体感皮层的一部分)所进行的计算的科学假设。

该方法使研究小组能够全面分析不同的神经网络架构和计算任务如何影响本体感觉信息的“类脑”表征的发展。他们发现，在预测肢体位置和速度的任务上训练的神经网络模型是最有效的，这表明我们的大脑优先整合分布的肌肉主轴输入，以理解身体的运动和位置。

这项研究强调了任务驱动建模在神经科学中的潜力。与专注于直接预测神经活动的传统方法不同，任务驱动模型可以深入了解感觉处理的潜在计算原理。

这项研究还为神经科学的新实验途径铺平了道路，因为更好地理解本体感觉处理可能会导致神经义肢的重大进步，使假肢的控制更加自然和直观。