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脑机接口使神经科学家能够将特定的神经活动模式与特定的行为联系起来。因此，除了目前的临床应用外，脑机接口还可用作研究大脑学习和可塑性的神经机制的工具。数十年来使用此类脑机接口的研究表明，动物（非人类灵长类动物和啮齿动物）可以通过操作条件反射自我调节大脑各种运动相关结构的神经活动。在这里，我们要问的是，人类大脑是一个由超过 800 亿个神经元组成的复杂互连结构，它能否学会在最基本的层面——单个神经元——上自我控制。我们利用这个独特的机会记录了 11 名癫痫患者的单个单元，以探索边缘系统和其他与记忆相关的大脑结构中单个（直接）神经元的发放率是否可以受到意志控制。为此，我们开发了一个视觉神经反馈任务，训练参与者通过调节他们大脑中任意选择的神经元的活动来移动屏幕上的方块。值得注意的是，参与者能够有意识地调节这些以前未经研究的结构中的直接神经元的发放率。我们发现一部分参与者（学习者）能够在一次训练课程中提高他们的表现。成功的学习的特点是：（i）直接神经元的高度特异性调节（表现为发放率和爆发频率显著增加）；（ii）直接神经元的活动与邻近神经元的活动同时去关联；（iii）直接神经元与局部 alpha/beta 频率振荡的稳健锁相，这可能为促进这种学习的潜在神经机制提供一些见解。记忆结构中神经元活动的意志控制可能为探索人类记忆的功能和可塑性提供新方法，而无需外部刺激。此外，这些大脑区域神经活动的自我调节可能为开发新型神经假体提供途径，用于治疗通常与这些大脑结构中的病理活动相关的神经系统疾病，例如药物难治性癫痫。
人类大脑中单个神经元的意志控制
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