当你开车经过一个十字路口时，看到红灯亮起，你会（或应该）踩下刹车。这个动作依赖于大脑中的一系列反应：眼睛向大脑后部的视觉中枢传递信号，经过处理后，信号沿通路到达前运动皮层，大脑在此安排运动。现在，试想在大脑中植入一个装置，绕过这条通路，将信息直接“注入”前运动皮层。
这听起来像《黑客帝国》中的场景，但两名来自罗切斯特大学的神经学家已在猴子大脑中实现了这一壮举。相关研究成果于2017年12月14日发表在《神经元》（Neuron）期刊上。尽管是初步研究，仅对两只恒河猴进行了实验，但研究人员推测，未来或可用于为中风患者进行大脑植入手术。
“也许可以绕开受损区域，将刺激信号输送至前运动皮层，”该研究的共同作者凯文·A·马祖雷克（Kevin A. Mazurek）说，“用这个办法可以连通大脑中已经无法联系上的区域。”
为了研究前运动皮层，马祖雷克和共同作者马克·H·希贝尔博士（Dr. Marc H. Schieber）训练两只恒河猴玩一种游戏。猴子坐在控制板前，板上有按钮、球形把手、圆柱形把手和T字型手柄，每个手柄都有LED灯环绕。当某个对象的LED灯亮起时，猴子需要伸手操作该对象才能获得奖励（清凉的水）。每个对象需要特定动作：按钮需按下，球形把手需转动，T字型手柄或圆柱形把手需拉动。
猴子学会游戏后，科学家们让它们玩“接线版本”。他们在每只猴子大脑的前运动皮层植入16个电极。每次灯光亮起，电极会传递短暂而微弱的电流，电流模式根据科学家希望猴子操控的不同物品而变化。经过多轮训练，手柄周围的灯光逐渐调暗，起初猴子会犯错，但表现逐渐改善。最后，灯光完全熄灭，猴子仍能仅凭电极传输的信号正确选择并操作对象，获得奖励，表现与有灯光时一样好。
这意味着大脑处理环境信息的感觉区可以被完全绕过，大脑通过电极直接接收信息并作出反应。神经学家早已知道，在大脑特定部位使用电流可导致身体某些部位不由自主地抽动，但猴子体验不同。马祖雷克和希贝尔将脉冲时间缩短至五分之一秒，排除了抽搐可能，猴子仍能出色完成任务。
“刺激肯定造成了一些有意识的感知，”堪萨斯大学医学中心的神经学家保罗·切尼（Paul Cheney）说，他未参与该实验。但具体是什么感知？希贝尔猜测：“猴子或许能感受到皮肤上有些什么，或者能看见什么，谁知道呢？”
有趣的是，科学家输送到猴子大脑中的信号与按钮、把手等物体没有潜在联系。一旦猴子学会根据信号抓取正确物品，研究人员重新分配电极对应关系，猴子很快学会新规则。“这并不是大脑预置的固有运动，而是一个学习引擎，”普林斯顿大学的神经学家迈克尔·A·格拉齐亚诺（Michael A. Graziano）说。
马祖雷克和希贝尔仅植入了很小的电极阵列，而工程师们正在研究包含多达1000个电极的可植入阵列，未来或许能将更复杂的信息包传递到前运动皮层。希贝尔预计，将来科学家可能使用这种先进电极帮助脑部受损的人，例如中风破坏了从感觉区域到决策和指令区域的通路。植入电极可以窃听健康区域的神经元（如视觉皮层），然后将信息转发到前运动皮层。“当电脑说‘当你看到红灯时’，你可以说‘哦，我知道那是什么意思——我应该把脚踩在刹车上’，”希贝尔说，“你从大脑的健康区域获得信息，发送至给身体下达指令的下游区域。”
原文检索：Injecting Instructions into Premotor Cortex, Neuron, 2017.