當地時間 2020 年 5 月 5 日，《細胞·報告》期刊在線發表了該團隊題為 Replay of Learned Neural Firing Sequences during Rest in Human Motor Cortex的論文。
將傳感器置於大腦皮層
我們的大腦作為人體神經系統的最高級部分，左右兩個大腦半球表面都有着一層灰質，也就是我們常説的“大腦皮層”。
大腦皮層的地位不容小覷。大腦皮層約有 140 億個神經細胞，是思維的器官，主導機體內的一切活動過程，並起着調節機體與周圍環境的平衡的作用，因此大腦皮層可謂是人類高級神經活動的物質基礎。
而在大腦皮層中，有一塊參與計劃、控制和執行自主運動的區域，也就是“運動皮層”。
上述研究團隊的腦-機接口試點臨牀試驗就是從運動皮層為切入點展開的——研究人員在參與者的大腦中各長期放置了兩個 1.5 毫米的 96 通道硅微電極陣列。
實際上，就為什麼採取硅微電極陣列，論文合著者之一 Beata Jarosiewicz 表示：
用於治療帕金森氏症等病症的電極太大，無法追蹤單個神經元的峯值活動。但我們臨牀試驗中使用的電極陣列是第一個允許在人類大腦中進行如此詳細的神經記錄的電極陣列。僅僅是在這一點上，我們的研究都是史無前例的。
據瞭解，兩位參與者均為四肢癱瘓，目前需要依靠呼吸機生活，但仍可以説話。其中，參與者 T9 在參與這項研究前植入硅微電極陣列已有 11 個月，T10 在參與這項研究前植入硅微電極陣列有 3 個月。
通過兩位參與者大腦運動皮層的放電活動，研究人員試圖尋找“特定學習相關的神經放電速率序列的離線重放”的直接證據。
雷鋒網通過美國臨牀試驗數據庫 ClinicalTrials 瞭解到，這項試驗名為 BrainGate2，而上述硅微電極陣列也被稱為 BrainGate2 傳感器。這項試驗旨在推動腦-機接口技術的開發，從而使四肢癱瘓的患者能夠利用其神經活動控制計算機、機械臂等設備，其主要終點是確定 BrainGate2 神經接口系統的安全性，次要終點是確定 BrainGate2 的可行性，併為後續的大型臨牀研究建立參數。
從下圖可以看出，這項試驗始於 2009 年 5 月，最終完成時間預計在 2022 年 12 月。研究人員至少每週會對參與者進行一次神經記錄，持續記錄時間至少一年。
以想象的方式參與遊戲
實際上，試驗的過程可以用下面這幅圖形象地表示。
具體來講，兩名參與者參與了一個“序列複製遊戲”，這個遊戲類似於八十年代的一款名為《西蒙》的記憶遊戲，遊戲視頻中有四個彩色板塊，按不同的順序點亮，玩家需要重複特定的順序，再次點亮色塊。
而試驗中這一遊戲的特別之處就在於，不需要參與者移動手臂，只需用他們的思維來想象他們在用手控制光標快速移動，又快又準地按記憶的順序擊中正確的色塊。
據悉，研究人員要求參與者在玩遊戲的前後都小睡一會兒，在休息-玩遊戲-休息的過程中，研究人員便通過 BrainGate2 傳感器記錄下了參與者大腦中大量神經元的峯值活動。
基於上述特點，要判斷 BrainGate2 是否可靠，重複與控制序列的數量是重要的衡量標準。根據論文，整個過程中有 66 次呈現重複序列，22 次控制序列。
試驗表明，從遊戲前休息到遊戲後休息，重複序列相關性比控制序列相關性增加得要多；同時遊戲時和遊戲後休息期間參與者大腦的神經元放電模式相同，這就是人腦睡眠時“離線重播”的直接證據。
正如 Beata Jarosiewicz 所説：
這是第一個直接證明人類在睡眠中大腦會回放清醒時的學習的證據，這可能有助於鞏固記憶。我們已經在其他動物身上研究了幾十年與大腦回放相關的記憶鞏固機制，實際上這也適用於人類。
就未來的研究方向而言，該團隊希望可以探索大腦重現機制與記憶形成之間的潛在聯繫。