彭菲尔德小人图模型。左侧：1937年版小人脑图谱未区分感觉功能与运动功能。右侧：1950年版感觉小人脑图谱（A）与运动小人脑图谱（B）。©McGill University
近一个世纪前，神经外科医生怀尔德·彭菲尔德（Wilder Penfield）通过术中电刺激大脑，绘制出经典“运动小人”图谱，认为中央前回（PCG）严格分区，手臂、腿部、面部、语言区域各自独立，刺激单一位置只会触发单一身体部位动作。近日《Nature》刊发一项单神经元分辨率人体脑机接口研究，彻底改写了这一认知：人类中央前回皮层每个点位都完整编码全身运动信号，躯体分区只是信号强弱差异，皮层内部存在相互关联的复合神经编码，这为瘫痪人群脑机接口修复运动、语言功能开辟全新方向。
这项研究由斯坦福大学吴蔡神经科学研究所、麻省总医院、加州大学戴维斯分校等多机构联合团队完成，依托BrainGate2（NCT00912041）以及另一项匹兹堡大学的独立脑机接口临床试验（NCT01894802）数据，通过8名瘫痪受试者植入的20套微电极阵列，完成全球首份全覆盖人体中央前回单细胞精度运动图谱。
「模糊」编码：大脑细胞层面并无清晰的功能分区
本次研究受试者均因脊髓损伤、肌萎缩侧索硬化症（ALS）或脑干卒中存在重度运动障碍，全部参与脑机接口临床试验，研究团队在其左侧中央前回植入10×10规格的电极阵列，完整覆盖从额上沟旁经典手部区域到外侧裂附近舌喉语言区的整条中央前回。
沿中央前回全长布设采样位点，以解析全身运动的神经表征分布。完整图示说明参见原论文。©作者团队/Nature
实验设计标准化视觉提示运动任务，受试者无法完成实际动作时仅需在脑中尝试运动，共测试46种全身动作，涵盖四肢、头面部、发音四类动作。20套有效电极阵列中15套可稳定解码全部身体部位运动信号，剩余阵列也能识别绝大多数动作，甚至单根电极、单个神经元都同时存在多躯体部位调谐信号，打破单一神经元对应单一肢体的传统认知。
当观测尺度缩小至单神经元层面时，教科书里经典的侏儒小人分区模型彻底不成立。研究团队通过循环神经网络解码器对单试次神经信号分类，结果显示除背侧皮层语言识别准确率接近随机水平外，皮层所有区域都能区分四肢、面部、头部各类动作。该论文第一作者达雷尔·迪奥（Darrel Deo）表示：“我们检测的所有区域都存在全身运动信号表征，放大观测后能看到各类肢体信号完全交错混杂在一起。”
其中腹上侧皮层两套阵列解码性能最优，平均整体动作分类准确率达86%，该区域属于传统认知中的面部代表区，却同时拥有极强的四肢运动编码能力。数据还量化了非典型躯体信号的占比：背侧手部区域里面部、语言相关神经信号强度可达手部典型信号的40%，腹侧语言区四肢运动信号同样具备可观权重，证明跨躯体信号并非微弱噪声，而是皮层固有功能编码。
未参与本次研究的普林斯顿大学神经科学家迈克尔·格拉齐亚诺（Michael Graziano）评价称，运动皮层更像是一张“模糊的人体映射图”：整体上仍保留和侏儒小人图大致匹配的宏观梯度（腿部表征偏向皮层中部，面部表征偏向皮层外侧），但在细胞层面不存在界限清晰、互不重叠的专属分区。
网络偏好：两大语言偏好区域、四肢动作神经编码高度复合
依托主成分分析对全部阵列调谐特征降维，研究划分出中央前回四大功能分区，推翻简单前后分段理论。背侧区域以手臂手部信号为主，中部与腹下侧形成两大语言偏好区域，两处语言区之间的腹上侧皮层是全身体调谐最广谱的过渡区域，同时兼顾四肢与口面部运动。（注：此分区与上文并无矛盾，单神经元层级虽无清晰区分，但集合在一起后的神经元集群存在信号强度差异。）
研究同步结合人类连接组计划静息态功能磁共振数据验证，语言网络热点集中在中部、腹下侧皮层，上肢运动网络覆盖背侧与腹上侧皮层，两套网络边界重叠，从脑网络层面佐证四区功能划分的合理性，解释了腹上侧皮层兼具肢体与面部编码的独特属性。
中央前回四大功能区。
a.对每个阵列调谐特性的低维表征，该表征通过对各阵列对应的神经调谐幅值与分类准确率执行主成分分析（PCA）得到。各阵列依据其在主成分分析空间中的位置着色（该色彩用于绘制图c中的调谐拓扑分布图）。
b.前两大主成分的系数。第一主成分（PC1）对应语音-面部特征与肢体特征的区分轴，第二主成分（PC2）代表调谐范围。实线代表与调节强度相关的系数，虚线代表与分类准确率相关的系数。
c.以拓扑形式展示各阵列并沿用其在主成分分析空间中的对应色彩（色彩与图a保持一致），由此呈现出具有不同调谐特性的功能分区。结合现有文献研究结论，我们提出假设：在中央前回（PCG）的采样区域内存在四类功能分区：与语音加工相关的腹侧下部及中部区域（橙色）、兼具强手臂-手部调谐响应的腹侧上部口面部区域（紫色），以及一处以手臂-手部调谐为主的分区（青色）。
©作者团队/Nature
团队进一步解析皮层全身运动复合神经编码规律，发现四肢同源动作存在稳定神经关联，握拳与蜷脚、抬手腕与抬脚踝这类同类型肢体动作，神经表征高度相关，该跨肢体关联特征存在于中央前回全部四大区域，不受躯体分区限制。背侧皮层独有清晰肢体侧别编码维度，可区分左右肢动作，而中部、腹侧皮层侧别信号大幅弱化。也就是说，大脑对运动的调节以动作类型为核心逻辑，而非严格按照身体解剖部位划分神经信号通路。
这项研究也解释了经典电刺激图谱与现代单细胞记录结果的核心矛盾：短时电刺激仅激活局部最强优势信号，因此呈现清晰分区；而单细胞记录能捕捉共存的全身弱编码信号。而格拉齐亚诺总结了该结论背后更深层的意义：“人类大脑会在一生的成长与学习中持续演化，最终产出具备实际意义的完整动作，大脑的核心目标从来不是单独控制某一处肌肉收缩。”
认知革新：现有脑机接口或许「歪打正着」
这项研究带也来了解剖层面更深层次的认知革新。斯坦福团队观测的中央前回顶部区域，对应解剖学中的布罗德曼6区，严格来说该区域属于前运动皮层，而非初级运动皮层（布罗德曼4区）。初级运动皮层会直接向肌肉下发运动指令，前运动皮层则负责编码更高层级的运动规划，它整合不同身体部位、各类动作的抽象运动意图，而非单独控制某一块肌肉。
这绝非无关紧要的技术细节。目前所有脑机接口企业——包括我国的NEO系统、北脑一号以及国外的Neuralink、Synchron、BrainGate等，在临床植入电极时，都将靶点笼统定义为“运动皮层”，但实际上设备采集信号的区域是编码抽象运动意图的前运动皮层，而非直接管控肌肉的初级运动皮层。
研究团队在论文中直接点明：“我们实验室更倾向于将这片区域定义为前运动皮层。”若后续更多研究佐证该结论，意味着现有脑机接口设备的潜力远超研发人员此前认知——这片脑区本身就负责生成完整、有目的性的运动规划信号。
产业利好：下一代高集成多功能脑机接口
目前，基于语音和运动功能重建的植入式脑机接口正在全力从实验室样机转型为获批上市的商用植入器械。我国博睿康的NEO植入式脑机接口系统已于今年3月份获得国家药品监督管理局（NMPA）批准上市，芯智达（北脑一号）、阶梯医疗、脑虎科技、智冉医疗等企业临床试验陆续启动；国外Neuralink的临床试验也已植入了20多例（截止至2026年5月），Blackrock、Precision、Synchron、CorTec、INBRAIN、Paradromics等欧美公司也正在全力推进脑机接口临床试验。
这一研究成果更新将来可为脑机接口植入靶点优化提供更精准数据支撑：
针对语言修复的脑机设备，最优植入位点是中部与腹下侧中央前回；
针对四肢运动控制，除传统背侧手部旋钮区外，腹上侧广谱皮层是极具潜力的补充靶点，仅少量电极即可同时解码手部、面部多种动作，缩小植入设备体积；
对于同时丧失运动与语言功能的ALS、脑干卒中患者，四区分布图谱能够指导多功能复合脑机接口开发，用单块皮层植入阵列同步恢复肢体操控与语音输出，大幅提升瘫痪人群生活自主能力。
此次百年运动小人图谱的修正，不代表彻底否定分区理论，而是建立更立体、行为导向的皮层组织模型。中央前回并非简单躯体地图，而是以完整全身表征为基底，各区域信号强弱适配生存行为需求：背侧适配四肢协调操作，腹侧适配进食、发声等口肢协同行为。这项单细胞精度人体皮层图谱打通基础神经科学与临床脑机接口的研究壁垒，既揭示人类大脑运动控制的底层抽象编码逻辑，也为下一代高集成、多功能脑机接口/神经假体设计提供可落地的解剖与神经数据依据，为重度瘫痪人群康复治疗带来全新可行路径。
论文信息
标题：A mosaic of whole-body representations on the human precentral gyrus
声明
1.本文内容、图片来自原论文及网络，详情可参考相关链接，如有侵权请告知删除。2.本公众号分享的医疗资讯仅供参考，不应被视为医疗建议。在做出任何与健康相关的决定或治疗计划之前，务必咨询合格的医疗专业人员。
了解更多脑机接口行业资讯
扫码加入“脑机接口”知识星球
