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【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(dài)来(lái)了(le)重(zhòng)要(yào)启(qǐ)发(fā)，预(yù)示(shì)着(zhe)未(wèi)来(lái)机(jī)械(xiè)臂(bì)可(kě)能(néng)拥(yōng)有(yǒu)像(xiàng)人(rén)手(shǒu)一(yī)样(yàng)的(de)精(jīng)细(xì)操(cāo)控(kòng)能(néng)力(lì)。

你(nǐ)有(yǒu)没(méi)有(yǒu)想(xiǎng)过(guò)，当(dāng)你(nǐ)想(xiǎng)伸(shēn)手(shǒu)拿(ná)桌(zhuō)上(shàng)的(de)水(shuǐ)杯(bēi)时(shí)，大(dà)脑(nǎo)是(shì)如(rú)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(zuò)的(de)？这(zhè)个(gè)我(wǒ)们(men)每(měi)天(tiān)做(zuò)无(wú)数(shù)次(cì)的(de)“小(xiǎo)事(shì)”，背(bèi)后(hòu)其(qí)实(shí)隐(yǐn)藏(cáng)着(zhe)大(dà)脑(nǎo)极(jí)其(qí)复(fù)杂(zá)的(de)计(jì)算(suàn)。

最(zuì)近(jìn)，中(zhōng)国(guó)科(kē)学(xué)院(yuàn)自(zì)动(dòng)化(huà)研(yán)究(jiū)所(suǒ)牵(qiān)头(tóu)的(de)科(kē)研(yán)团(tuán)队(duì)，揭(jiē)开(kāi)了(le)这(zhè)个(gè)秘(mì)密(mì)的(de)一(yī)角(jiǎo)。他(tā)们(men)发(fā)现(xiàn)，在(zài)猕(mí)猴(hóu)大(dà)脑(nǎo)中(zhōng)负(fù)责(zé)计(jì)划(huà)运(yùn)动(dòng)的(de)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制指引手部的运动。

大脑里的导航系统，不只一个

众所周知，汽车有GPS，可以告诉我们现在在哪，该往哪走。科学家们早就发现，我们的大脑里也有一个类似的“总GPS”，它位于一个叫做“海马体”的区域，帮助我们在城市里找路、在房间里行走，构建起我们对整个空间的认(rèn)知(zhī)地(de)图。

但问题来了，对于像手这样身体上一个“小零件”的精细运动，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(jǐ)位(wèi)“特(tè)约(yuē)研(yán)究(jiū)员(yuán)”——猕(mí)猴(hóu)。它(tā)们(men)和(hé)人(rén)类(lèi)一(yī)样(yàng)，拥(yōng)有(yǒu)一(yī)双(shuāng)极(jí)其(qí)灵(líng)巧(qiǎo)的(de)手(shǒu)。

科(kē)学(xué)家(jiā)们(men)在(zài)猕(mí)猴(hóu)大(dà)脑(nǎo)中(zhōng)一(yī)个(gè)叫(jiào)做(zuò)“前(qián)运(yùn)动(dòng)皮(pí)层(céng)”的(de)区(qū)域（你(nǐ)可(kě)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(mí)猴(hóu)自(zì)然(rán)抓(zhuā)取(qǔ)范(fàn)式(shì)以(yǐ)及(jí)大(dà)脑(nǎo)背(bèi)侧(cè)前(qián)运(yùn)动(dòng)皮(pí)层(céng)神(shén)经(jīng)元(yuán)的(de)“位(wèi)置(zhì)野(yě)”活(huó)动(dòng)模(mó)式(shì)（图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：中(zhōng)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(huó)跃(yuè)的(de)“位(wèi)置(zhì)细(xì)胞(bāo)”（只(zhǐ)占(zhàn)总(zǒng)记(jì)录(lù)细(xì)胞(bāo)的(de)10%），就(jiù)能(néng)以(yǐ)高(gāo)达(dá)80%的(de)准(zhǔn)确(què)率(lǜ)，完(wán)美(měi)“翻(fān)译(yì)”出(chū)手(shǒu)的(de)整(zhěng)个(gè)运(yùn)动(dòng)路径。

更(gèng)酷(kù)的(de)是(shì)，这(zhè)个(gè)GPS系(xì)统(tǒng)还(hái)是(shì)个(gè)“多(duō)面(miàn)手(shǒu)”。

同(tóng)一(yī)个(gè)神(shén)经(jīng)细(xì)胞(bāo)，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