摘要：
有没有想过，当约翰科特兰在他的专辑《巨人的台阶》(巨人的脚步)中演奏他著名的独奏时，他的脑海中发生了什么？来自日本国家信息和通信技术研究所(NICT)和加拿大西部大学的研究人员成功地可视化了如何在熟练的手指运动期间在人类大脑皮层的广泛区域中表达信息。
与通常的假设相反，研究人员发现，前运动皮层和顶叶皮层中的重叠区域代表了运动层级中多个级别的序列(例如，几个手指运动的块或几个块的块)，而单个手指的运动(即层级结构中的最低级别)在主运动皮层中得到唯一的代表。这些结果揭示了人类大脑皮层序列表征的第一张详细图片。
这些结果也可能为确定新的候选脑区作为运动BCI应用的信号源或开发更复杂的算法来重建复杂的运动行为提供一些线索。
该结果于2019年7月22日在线发表在Yokoi和Diedrichsen，电话：《神经元中的人类新大脑皮层的分层运动序列表示的神经组织》。
记住/生成长而复杂的运动序列的最好方法是递归地将它们分成几个较小的部分。例如，一部音乐作品可以被记忆为一系列更小的块，每个块代表一组经常同时出现的音符。长期以来，人们一直认为这种层级组织是我们控制运动序列的基础，运动序列从演奏技巧等高技能动作到一杯茶等日常行为。然而，人们对如何在我们的大脑中实现这些层次结构知之甚少。
在《神经元》杂志上发表的一项新研究中，NICT信息和神经网络中心(CiNet)的Atsushi Yokoi和西方大学大脑和精神病学研究所的rnDiedrichsen提供了第一个直接证据，证明分层结构的序列如何通过整个人类大脑皮层代表群体活动。
研究人员测量了精细的fMRI活动模式，而人类参与者产生了八种不同的记忆序列，包括11次手指按压。这项研究的高级作者、西加拿大大学运动控制和计算神经科学西方研究主席Diedrichsen说：“记住11个手指按下的8个不同序列是一项艰巨的任务，所以你肯定需要分层组织它们。
这项研究的主要作者横井曾是Diedrichsen研究小组的博士后，他补充说：“要研究层次结构，你真的需要具有如此高复杂性的序列。目前，很难训练动物学习这样的序列。”因为两人都在英国伦敦大学学院认知神经科学研究所，
通过一系列仔细的行为分析，研究人员可以证明参与者使用了三级等级结构来编码序列。(1)单个手指按压，(2)由两个或三个手指按压组成的块，以及(3)由四个块组成的整个序列。然后，他们可以使用机器学习技术来描述这些层次的fMRI活动模式。
不出所料，控制手指运动的主要运动皮层中的区域模式似乎只取决于每个手指的运动，而与手指在序列中的位置无关。显然，可以证明高阶运动区域(如运动前和顶叶皮层)的活动可以在块或整个序列的水平上编码序列上下文。因此，与初级运动皮层相反，这些区域“知道”正在进行的手指按压前后播放了什么。
这项研究现在第一次允许深入了解这些高层组织。令人惊讶的是，不同水平的序列信息有很大的重叠。无监督聚类方法将这些区域进一步细分为不同的聚类，每个聚类有不同的表示混合比例，就像使用iPhone的存储方法一样。这些结果揭示了人类大脑皮层序列表征的第一张详细图片。
认知神经科学中的一个常见假设是，功能层次中的每一级都将反映解剖层次，从更高的相关皮层(如运动前皮层或顶叶皮层)到初级感觉运动皮层。清晰的解剖分离(即每个手指相对于其他表征)和重叠(即块和序列表征)的神秘共存，为功能与解剖层次对应关系的经典问题提供了新的思路。“可以说，大脑是以一种部分层次化但部分扁平化的方式来表征运动序列的。”
横井总结道：“尽管其功能尚不清楚，但块状和序列表征之间的解剖重叠可能表明，这些运动上层的表征可能会相互作用，以支持灵活的序列生成。这需要在以后的研究中进行检验。”
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