你有沒有想過，當你想伸手拿桌上的水杯時，大腦是如何精確指揮你的手，讓它不偏不倚、不快不慢地完成這個動作的？這個我們每天做無數次的“小事”，背后其實隱藏著大腦極其復雜的計算。

最近，中國科學院自動化研究所牽頭的科研團隊，揭開了這個秘密的一角。他們發現，在獼猴大腦中負責計劃運動的區域，竟然存在一個類似“GPS”的系統，專門負責為手進行實時定位導航！

導航衛星可以為各類交通工具提供位置導航信息，大腦里也同樣存在類似的機制指引手部的運動

大腦里的導航系統，不止一個

眾所周知，汽車有GPS，可以告訴我們現在在哪，該往哪走。科學家們早就發現，我們的大腦里也有一個類似的“總GPS”，它位于一個叫做“海馬體”的區域，幫助我們在城市里找路、在房間里行走，構建起我們對整個空間的認知地圖。

海馬體是大腦顳葉內一個弓形隆起部分，因形似海洋動物海馬而得名

但問題來了，對于像手這樣身體上一個“小零件”的精細運動，大腦是否也有一個專門的“迷你GPS”呢？這個問題一直困擾著神經科學家。

為了找到答案，研究團隊找來了幾位“特約研究員”——獼猴。它們和人類一樣，擁有一雙極其靈巧的手。

科學家們在獼猴大腦中一個叫做“前運動皮層”的區域（你可以把它想象成“運動規劃中心”）植入了非常微小的傳感器，用來“偷聽”大腦神經細胞在獼猴伸手抓東西時的“對話”。同時，他們用好幾個攝像頭，精準記錄下獼猴手部運動的每一個瞬間。

接下來，就是見證奇跡的時刻。

獼猴自然抓取范式以及大腦背側前運動皮層神經元的“位置野”活動模式（圖片來源：中國科學院網站）

當科學家們對比獼猴的手部位置和大腦信號時，他們發現了一個有趣的現象：大腦里有那么一群特殊的神經細胞，它們非常“專一”。比如，A細胞只在獼猴的手移動到A點附近時才會興奮地“亮起來”；而當手移動到B點時，則是B細胞開始活躍。

這些神經細胞各自負責一塊特定的空間區域，科學家把這些區域稱為“位置野”。當手在空間中運動時，這些“位置野”就像一個個像素點，被依次點亮，從而在大腦中實時描繪出了手的運動軌跡。

簡單來說，就是科研人員通過記錄獼猴執行自然抓取任務時的神經活動，發現在大腦的運動皮層中存在類似GPS的神經編碼機制，能夠在抓取過程中實時表征手在空間中的位置。

一個更聰明的“GPS”，身兼數職

這個新發現的“手部GPS”有多厲害呢？研究顯示，它非常高效！科學家們僅僅動用了大約50個最活躍的“位置細胞”（只占總記錄細胞的10%），就能以高達80%的準確率，完美“翻譯”出手的整個運動路徑。

更酷的是，這個GPS系統還是個“多面手”。

同一個神經細胞，在報告“手現在在這里！”的同時，還會順便報告“手正朝那個方向移動，速度是這么快，而且它的目標是桌上的那顆花生！”

這種將位置、方向、速度、目標等多種信息“打包”在一起處理的“混合編碼”方式，就像一個超級智能的導航軟件，不僅告訴你當前位置，還同時顯示了車速、方向和目的地，讓大腦能夠極其高效地規劃和執行抓取動作。

有趣的是，這種高效的工作方式，與大腦里那個負責全身導航的“總GPS”（海馬體）所使用的方法如出一轍。這暗示著，大腦可能采用了一套通用的“空間導航法則”，來處理從“走遍世界”到“伸手取物”等不同尺度的運動。

未來的機械臂或許也能擁有像人手一樣的感知和操控能力

（AI生成圖片）

這個發現，將如何改變我們的未來？

這項“手部GPS”的發現為理解大腦如何控制運動提供了全新視角，并為腦機接口的設計和機器人運動控制帶來了重要啟發。

對于殘障人士來說，通過解碼這些位置神經元的活動，有望實現更精準高效的神經假肢控制。此外，科學家也可以借鑒大腦這套精妙的導航算法，來設計機器人的控制系統，讓機械臂也能擁有像人手一樣的感知和操控能力，去完成那些更精細、更復雜的任務。

參考資料：

1.https://www.cas.cn/syky/202504/t20250424_5065946.shtml

2.https://www.nature.com/articles/s41467-025-58786-3

作者：劉允

審核：劉穎 李培元

審核專家：余山 中國科學院自動化研究所研究員

來源： 蝌蚪五線譜