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该研究探讨脑机接口（BMI）信息传递机制，发现通过低振幅皮质内微刺激（ICMS）向皮层抓握网络注入信息时，腹侧关联区（如 AIP、PMv）有效而背侧区（如 dPPC、PMd）无效，为优化 BMI 反馈通路提供新方向。
研究背景与目的
脑机接口（BMI）在恢复神经系统损伤或截肢患者功能方面潜力巨大，当前多数研究从运动皮层解码运动意图，并将反馈信息传递至初级体感皮层（S1）。然而，顶叶和运动前区等皮层关联区可编码物体属性、手预成型和抓握轨迹等更复杂信息，或能为 BMI 提供更丰富的信息传递途径。本研究旨在探究通过皮质内微刺激（ICMS）向皮层抓握网络的前顶内区（AIP）、背侧后顶叶皮层（dPPC）、背侧运动前区（PMd）、腹侧运动前区（PMv）及 S1 传递任务指令的有效性。
实验方法
- 动物训练与电极植入：对两只恒河猴进行中心 - 外周任务（COT）训练，使其先熟练使用视觉指令。随后在其左侧半球的 PMv、PMd、初级运动皮层（M1）、S1、AIP 和 dPPC 植入多通道微电极阵列。
- ICMS 训练流程：训练初期，ICMS 与视觉提示同时呈现，随后逐渐降低视觉提示强度直至仅保留 ICMS 作为指令。通过混淆矩阵、成功率、反应时间和运动时间等评估猴子对 ICMS 指令的学习情况。若成功，进一步进行 “电极删减” 操作，直至每条指令仅通过单个电极传递。
- 参数扫描与控制实验：对成功区域进行 ICMS 幅度、频率和脉冲串持续时间的参数扫描，分析性能与刺激参数的关系。同时，通过肌电图（EMG）和眼动记录，排除 ICMS 诱发肌肉抽动或眼动作为额外指令的可能。
实验结果
- 腹侧与背侧区域的差异：两只猴子均能成功学会使用 AIP、PMv 和 S1 的 ICMS 指令，成功率可达 70%-90%，反应时间较短且随训练改善。而 dPPC 和 PMd 的 ICMS 指令未能被有效学习，成功率接近随机水平（约 25%-40%），反应时间显著延长。
- 单电极有效性：在成功区域，删减电极至单个后，猴子仍能维持高成功率，甚至部分情况下性能提升（如 AIP 单电极成功率从 80% 升至 90%），表明单个电极即可传递可区分的体验。
- 参数敏感性：AIP、PMv 和 S1 对 ICMS 参数（幅度、频率、持续时间）的敏感性相似，检测阈值和最大性能平台重叠，提示这些区域在相似刺激水平下可有效编码信息。
讨论与结论
- 腹侧与背侧通路的功能差异：腹侧通路（AIP-PMv）主要处理物体形状和抓握配置信息，ICMS 可能在此区域诱发与物体相关的视觉或体感感知，或抓握意图。背侧通路（dPPC-PMd）负责整合目标位置和运动参数，ICMS 在此可能未能激活与任务相关的有效神经模式，或干扰了正常的运动计划过程。
- 对 BMI 的启示：S1-ICMS 已用于 BMI 体感反馈，本研究表明 AIP 和 PMv 在相似刺激强度下（≤50 μA）也可有效传递信息，且具备与 S1 相当的安全性和稳定性。未来可探索利用这些腹侧区域传递复杂信息，如 prosthetic hand 的抓握配置反馈或目标定位指令。
- 局限性与未来方向：研究未穷尽所有刺激参数和电极组合，背侧区域可能在更高强度或仿生刺激模式下有效。后续研究可聚焦单电极训练和参数优化，进一步验证腹侧区域在 BMI 中的应用潜力。
本研究明确了皮层抓握网络中腹侧和背侧区域对 ICMS 信息注入的差异响应，为 BMI 的双向信息传递提供了新的皮质靶点和理论依据，有望推动高性能神经假体的发展。
