解码站起和蹲下：初级运动皮层神经元的编码和相关神经环路的调控

It is a critical step to decode voluntary movements with cortical neuronal firing patterns for development of neuroprosthetics. It has been acheived a great successs to decode upper limb movements. However, very few studies related to lower limb movements have been reported. We have developed an acute method, and recorded a lot of M1 neurons related to stand up and squat down in our previous work (Ma, et al 2010; 2015; 2017). In this project, we propose to use our special designed microelectrode arrays to chronically record neuronal activity in multiple brain areas, aimed to: 1) dynamically decode stand up and squat down with M1 neuronal spikes; 2) investigate the neural circuit modulations from premotor, supplementary motor and somatosensory areas; 3) build up effective mathematical models based on the neuronal firing data to predict the EMG and lower limb kinematics. Our work may provide important theoretical and technical basis for the development of lower limb neuroprosthetics.

用大脑神经元活动解码自主运动是开发新一代神经元智能假肢（neuroprosthetics）的关键。解码上肢运动的研究取得了巨大成就，但解码下肢运动的工作却很少见报道。在原先的工作中，我们已经用急性记录的方法在猴初级运动皮层（M1）记录了与站起和蹲下等行为相关的神经元 (Ma et al, J neuroscience method, 192, 1-6, 2010）。本项目我们拟用慢性多通道记录的方式同步记录多个脑区的神经元冲动发放，目的是：1）分析神经元放电模式的动态变化，解码M1神经元对站起和蹲下等下肢自主运动的编码机制；2）研究前运动区、辅助运动区和顶叶联合皮层等相关脑区对M1神经元编码的神经环路调控机制；3）建立高效的数学模型，预估运动轨迹和主要下肢肌肉的肌电活动。我们的研究对研制新一代高精准神经元下肢智能假肢具有重要的理论和实际意义。

用大脑皮层神经元活动解码自主运动是开发新一代神经元智能假肢（neuroprosthetics）的关键。解码上肢运动的研究取得了巨大成就，但解码下肢运动的工作却很少见报道。本工作中，我们应用慢性多通道记录的方式同步记录多个脑区的神经元冲动发放，分析了神经元放电模式的动态变化，解码M1神经元对站起和蹲下等下肢自主运动的编码机制；我们研究前运动区、辅助运动区和顶叶联合皮层等相关脑区对M1神经元编码的神经环路调控机制；我们建立高效的数学模型，预估运动轨迹和主要下肢肌肉的肌电活动。我们的研究对研制新一代高精准神经元下肢智能假肢具有重要的理论和实际意义。