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以往相关实验表明 ， 动物的状态 ， 例如运动受限和神经通路的完整性等 ， 对脑机接口表现和神经群体的放电模式有很大影响 。 对于一些瘫痪的病人 ， 比如脊髓损伤的病人 ， 他们的大脑运动皮层和效应器如手臂是完整的 ， 病变位于神经通路上 ， 从而中断了信息的传递 。 对于这些患者 ， 修复运动功能的最佳方法是在大脑运动皮层和效应器之间建立人工神经通路 。
因此研究人员尝试将传统的脑机接口与肌肉电刺激技术相结合 ， 提出了一种新的神经通路修复技术 。 二零一四年 ， 相关研究人员用脊髓横断重建大鼠初级运动皮层和后肢之间的神经通路 。 他们记录了在大鼠跑步任务中脊髓横断前后跑步大鼠初级运动皮层的神经活动 。 结果表明 ， 事务处理后神经活动与运动状态之间的关联显着降低 ， 但仍可以通过解码区分静止状态和运动状态 。
脊髓横断后 ， 运动皮层的动作电位被用来刺激后肢肌肉 。 当平滑的放电率连续五个时间窗超过阈值时 ， 神经刺激器用双向脉冲刺激后肢肌肉 ， 从而导致后肢和前肢之间的同步运动 。 传统的脑机接口在将神经信号转换为控制命令之前 ， 必须获取一段神经信号和运动数据来训练解码器 。 然而 ， 对于瘫痪的患者 ， 很难得到训练数据 。 一种基于运动想象的解决方案 ， 其中瘫痪的患者观察外部设备的自动运动 ， 同时想象自己控制设备 。
然后 ， 神经信号和运动数据用于训练解码器 。 随着对大脑可塑性的深入研究 ， 研究人员试图在没有训练集的情况下任意设置神经信号与运动状态的映射关系 。 依靠神经可塑性 ， 大脑调节其放电模式以适应人工映射并最终控制外部设备 。 二零零五年 ， 在没有动物的高级训练和神经数据的情况下 ， 基普克等人利用大脑可塑性和自适应解码器构建了大鼠脑机接口系统来控制听觉光标 。
在每次试验中 ， 给大鼠一个目标音 ， 然后要求控制听觉光标以匹配目标音 。 使用卡尔曼解码器将多通道神经信号翻译成听觉光标的音调 ， 实时反馈给大鼠 。 解码器的初始参数是随机生成的 。 块估计自适应策略用于更新解码器参数 。 每个块包含十个试验 。 在每个块之后 ， 前十次试验中的神经信号池和听觉光标的音调作为训练集来重新训练解码器 。 然后在下一个试验块中使用新的解码器 。
随着训练的进行 ， 成功率从随机水平逐渐提高 。 基普克等人进行的实验 ， 利用大脑的可塑性和解码器的自适应策略来收敛自然神经系统和解码器的编码规则 。 因此 ， 最终的神经映射基于自然映射 ， 但并不完全相同 。 考虑到神经可塑性在脑机接口系统中的巨大作用 ， 研究人员试图构建一些完全依赖于神经系统可塑性的脑机接口系统 。 二零一二年 ， 卡内玛等人提出了基于神经元的操作性条件反射实验 ， 该实验人为地设定了与自然完全不同的新神经元编码规则 。
【三星|传统的脑机接口在将神经信号转换为控制命令之前，需要先训练解码器】然后 ， 训练大鼠调节神经元的活动以控制听觉光标 。 研究人员利用这种方法成功实现了听觉光标的双向控制 ， 研究了皮质和纹状体的功能连贯性和可塑性 。 具体而言 ， 选择两组初级运动皮层神经元作为条件神经元 ， 训练大鼠通过调节神经放电模式来控制听觉光标达到高阈值或低阈值 。 听觉光标的音调与两组神经元的反应之间的关系是相反的：第一个神经群体的增加的反应增加了听觉光标的音调 ， 而第二个神经群体的反应降低了音调 。 因此 ， 为了达到高音目标 ， 老鼠必须激活第一个神经群 ， 同时抑制第二个神经群；为了达到低音目标 ， 调制是相反的 。
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