在握持过程中感觉运动皮层中物体身份信息的演变

大脑如何知道我们抓着的是什么

每次在黑暗中拿起咖啡杯，或者不用看就从口袋里掏出手机时，大脑都会以某种方式知道你要抓的物体。可是，一触碰物体，来自手和臂的感受信号就会发生剧烈变化。本研究提出了一个看似简单却深刻的问题：当你从伸手到真正握住物体时，大脑如何持续追踪手中握着的物体是谁？

从伸手到握持

为了解答这个问题，研究人员使用受训的猕猴，让它们抓握一组日常形状的物体，这些物体在大小、形状和朝向上各不相同。一个机器人臂一次将一个物体直接送到猴子的手中，这样手臂和肩膀几乎不用移动。在接触之前，手会自然而然地张开并调整形状以适配物体；接触之后，手指闭合并施加足够力气以断开一个磁性连接并持住物体。在整个行为过程中，研究团队记录了数百个单个脑细胞在若干控制手部运动与触觉的脑区中的电活动。

不同脑区，不同时刻

记录来自位于大脑中央沟邻近的四个相邻区域。其中一个是初级运动皮层，参与驱动肌肉活动。其余三个位于初级躯体感觉区：一个主要接收来自肌肉和肌腱的关于关节角度的信号，另一个接收来自皮肤的信号，第三个则整合两类输入。在手接触物体之前，运动区和肌肉感受区的神经最为活跃，并已携带可区分即将被抓取物体的信息。相比之下，皮肤为主的区域相对安静，在这种“预塑形”阶段几乎不携带或很少携带关于物体身份的信息。

接触瞬间发生了什么变化

当手指接触到物体时，模式以出乎意料的方式发生了翻转。尽管猴子仍在握紧物体，许多区域的总体放电率在接触后却下降了。然而，基于皮肤的触觉区和整合输入的区域中关于物体的特异信息量实际上增加了，而运动与肌肉感受皮层中这种信息仍然很强。换言之，更少的电冲动携带了更有意义的信息。衡量每个神经元使用其活动的效率的分析显示，物体身份在接触时刻得到了巩固并随后保持稳定，即便原始活动水平有所下降。

不断变化的编码而非静态图谱

一个关键见解来自比较接触前后活动模式之间的关系。如果大脑在整个运动过程中对物体身份使用相同的“编码”，那么用接触前活动训练出的计算机解码器应该也能在接触后表现良好，反之亦然。相反，这类跨阶段的解码器在各个区域表现都很差，尤其是在基于皮肤的触觉区和整合区。只有当解码器同时以两阶段的数据进行训练时，才能恢复对手部姿态和物体身份的统一但仍不完美的读取。这表明，尽管关于所抓物体的信息始终存在，但当手开始感觉并挤压物体时，这些信息在大脑活动中的呈现方式会发生明显变化。

这对手与机器意味着什么

这些结果将感觉运动皮层描绘为一个灵活的通信枢纽，而非一张静态的地图。在接触之前，运动区和肌肉感受区主要反映手的形态和运动，使大脑能够仅凭姿态“推断”物体。接触之后，触觉敏感区突然变得富含关于手部哪些表面承受负载以及物体如何压迫皮肤的信息，而运动和肌肉区域则将姿态与为保持物体所需的力混合在一起。对普通读者来说，结论是：你的大脑并不为每件物体存储单一不变的指纹。相反，随着手指闭合并接触物体，它会不断重写内部描述，将运动与触觉无缝地编织在一起，以至于你只会体验到手中握着一个坚实物体的感觉。

引用: Yan, Y., Sobinov, A.R., Goodman, J.M. et al. Evolution of object identity information in sensorimotor cortex throughout grasp. Nat Commun 17, 2784 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69502-0

关键词: 抓取, 感觉运动皮层, 触觉与本体感觉, 手的物体识别, 神经编码