找到了！我国科学家发现大脑里藏着一只“GPS”专门给手导航

【导语】日常中，一个简单的伸手拿水杯动作，背后却隐藏着大脑复杂的计算机制。中国科学院自动化研究所的科研团队最近揭示，猕猴大脑中负责计划运动的区域存在一个类似“GPS”的系统，专门负责手部的实时定位导航。这一发现不仅为我们理解大脑如何控制运动提供了新视角，还为脑机接口设计和机器人运动控制带来了重要启发，预示着未来机械臂可能拥有像人手一样的精细操控能力。

你有没有想过，当你想伸手拿桌上的水杯时，大脑是如何精确指挥你的手，让它不偏不倚、不快不慢地完成这个动作的？这个我们每天做无数次的“小事”，背后其实隐藏着大脑极其复杂的计算。

最近，中国科学院自动化研究所牵头的科研团队，揭开了这个秘密的一角。他们发现，在猕猴大脑中负责计划运动的区域，竟然存在一个类似“GPS”的系统，专门负责为手进行实时定位导航！

导航卫星可以为各类交通工具提供位置导航信息，大脑里也同样存在类似的机(jī)制(zhì)指(zhǐ)引(yǐn)手(shǒu)部(bù)的(de)运(yùn)动(dòng)。

大(dà)脑(nǎo)里(lǐ)的(de)导(dǎo)航(háng)系(xì)统(tǒng)，不(bù)只(zhǐ)一(yī)个(gè)

众(zhòng)所(suǒ)周(zhōu)知(zhī)，汽(qì)车(chē)有(yǒu)GPS，可(kě)以(yǐ)告(gào)诉(su)我(wǒ)们(men)现(xiàn)在(zài)在(zài)哪(nǎ)，该(gāi)往(wǎng)哪(nǎ)走(zǒu)。科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)早(zǎo)就(jiù)发(fā)现(xiàn)，我(wǒ)们(men)的(de)大(dà)脑(nǎo)里(lǐ)也(yě)有(yǒu)一(yī)个(gè)类(lèi)似(shì)的(de)“总(zǒng)GPS”，它位于一个叫做“海(hǎi)马(mǎ)体(tǐ)”的(de)区(qū)域，帮(bāng)助(zhù)我(wǒ)们(men)在(zài)城(chéng)市(shì)里(lǐ)找(zhǎo)路、在(zài)房(fáng)间(jiān)里(lǐ)行(xíng)走(zǒu)，构(gòu)建(jiàn)起(qǐ)我(wǒ)们(men)对(duì)整(zhěng)个(gè)空(kōng)间(jiān)的(de)认(rèn)知(zhī)地(de)图(tú)。

但(dàn)问(wèn)题(tí)来(lái)了(le)，对(duì)于(yú)像(xiàng)手(shǒu)这(zhè)样(yàng)身(shēn)体(tǐ)上(shàng)一(yī)个(gè)“小(xiǎo)零(líng)件(jiàn)”的(de)精细运动，大脑是否也有一个专门的“迷你GPS”呢？这个问题一直困扰着神经科学家。

为了找到答案，研究团队找来了几位“特约研究员”——猕猴。它们和人类一样，拥有一双极其灵巧的手。

科学家们在猕猴大脑中一个叫做“前运动皮层”的区域（你可以把它想象成“运动规划中心”）植入了非常微小的传感器，用来“偷听”大脑神经细胞在猕猴伸手抓东西时的“对话”。同时，他们用好几个摄像头，精准记录下猕猴手部运动的每一个瞬间。

接下来，就是见证奇迹的时刻。

猕猴自然抓取范式以及大脑背侧前运动皮层神经元的“位置野”活动模式（图片来源：中科院网站）

当科学家们对比猕猴的手部位置和大脑信号时，他们发现了一个有趣的现象：大脑里有那么一群特殊的神经细胞，它们非常“专一”。比如，A细胞只在猕猴的手移动到A点附近时才会兴奋地“亮起来”；而当手移动到B点时，则是B细胞开始活跃。

这些神经细胞各自负责一块特定的空间区域，科学家把这些区域称为“位置野”。当手在空间中运动时，这些“位置野”就像一个个像素点，被依次点亮，从而在大脑中实时描绘出了手的运动轨迹。

简单来说，就是科研人员通过记录猕猴执行自然抓取任务时的神经活动，发现在大脑的运动皮层中存在类似GPS的神经编码机制，能够在抓取过程中实时表征手在空间中的位置。

一个更聪明的“GPS”，身兼数职

这个新发现的“手部GPS”有多厉害呢？研究显示，它非常高效！科学家们仅仅动用了大约50个最活跃的(de)“位(wèi)置(zhì)细(xì)胞(bāo)”（只(zhǐ)占(zhàn)总(zǒng)记录细胞的10%），就能以高达80%的准确率，完美“翻译”出手的整个运动路径。

更酷的是，这个GPS系统还是个“多面手”。

同一个神经细胞，在报告“手现在在这里！”的同时，还会顺便报告“手正朝那个方向移动，速度是这么快，而且它的目标是桌上的那颗花生！”

这种将位置、方向、速度、目标等多种信息“打包”在一起处理的“混合编码”方式，就像一个超级智能的导航软件，不仅告诉你当前位置，还同时显示了车速、方向和目的地，让大脑能够极其高效地规划和执行抓取动作。

有趣的是，这种高效的工作方式，与大脑里那个负责全身导航的“总GPS”（海马体）所使用的方法如出一辙。这暗示着，大脑可能采用了一套通用的“空间导航法则”，来处理从“走遍世界”到“伸手取物”等不同尺度的运动。

未来的机械臂或许也能拥有像人手一样的感知和操控能力（AI生成图片）

这个发现，将如何改变我们的未来？

这项“手部GPS”的发现为理解大脑如何控制运动提供了全新视角，并为脑机接口的设计和机器人运动控制带来了重要启发。

对于残障人士来说，通过解码这些位置神经元的活动，有望实现更精准高效的神经假肢控制。此外，科学家也可以借鉴大脑这套精妙的导航算法，来设计机器人的控制系统，让机械臂也能拥有像人手一样的感知和操控能力，去完成那些更精细、更复杂的任务。（刘允）

参考信息
https://www.cas.cn/syky/202504/t20250424_5065946.shtml
https://www.nature.com/articles/s41467-025-58786-3

审核：中国科学院自动化研究所研究员 余山