以往，許多腦機介面（BMIs）裝置需要侵入性的腦部手術，來讀取神經活動，這成為了其應用的一大瓶頸。但隨著相關技術與研究的進展，科學家們已經為理解大腦中神經迴路和系統動態活動提供了關鍵突破口。
近日，美國加州理工學院的生物與生物工程學系、陳天橋雒芊芊腦機介面中心（T&C; Chen Brain-Machine Interface Center）等團隊的研究人員，展示了一種基於功能性超聲波的微創方法，可用於檢測神經相關的運動規劃，包括運動時間、方向和效應。該成果也成功突破了超聲波神經成像的限制。
當非人類靈長類動物(NHPs)進行記憶引導運動時，研究人員們使用功能性超聲波(fUS)神經成像，以100μm解析度記錄腦血容量的變化。
具體來看，研究人員開發了一種新型的微創腦機介面，它可以讀出與運動計劃相對應的大腦活動。研究人員們從後頂葉皮層上方的硬腦膜外進行記錄，這是一個對空間感知、多感覺整合和運動規劃很重要的大腦區域。然後他們使用來自運動前延遲期的fUS訊號，來解碼動物的預期方向和效應體。
單次嘗試解碼是腦機介面的先決條件，這是一項可能受益於這項技術的關鍵應用。基於他們的研究成果，目前團隊已經向成功開發出創傷小、解析度高、可擴充套件的神經記錄和大腦介面工具邁出了關鍵一步。
而事實上，超聲波還能應用於其他診斷成像，而他們的這項技術，將可以產生目標區域神經訊號動力學的詳細影象——功能磁共振成像(fMRI)等非侵入性技術將無法做到這一點。
在後續的進一步實驗中，研究人員在兩隻恆河猴的頭骨中插入了一些小的超聲波換能器，猴子被教會做一些簡單的任務，包括在特定的提示下向特定的方向移動眼睛或手臂。
結果顯示，功能性超聲波影象中依賴於活動的變化，在幾秒鐘內就可以預測出非人類靈長類動物將要進行的行為(眼球運動或伸展)、運動方向(向左或向右)，以及它們計劃何時運動。論文顯示，這一新方法預測猴子眼球運動的準確率約為78%，預測伸展運動的準確率為89%。
3月22日，他們的研究成果發表在神經科學頂級期刊《神經元》（Neuron）上，題為“Single-trial decoding of movement intentions using functional ultrasound neuroimaging”。研究通訊作者為陳天橋雒芊芊腦機介面中心主任Richard Andersen教授、長期開發無創成像和細胞功能控制分子技術的Mikhail Shapiro教授。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
論文連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0896627321001513