大多數失去肢體的人在幾十年后仍然感覺(jué)到它的存在。這種被稱(chēng)為“幻肢”的現象長(cháng)期以來(lái)一直是個(gè)謎。但是，通過(guò)新的超高分辨率腦部掃描，我們現在可以查看被截肢者的大腦內部以獲取先前隱藏的線(xiàn)索。我們最近展示了三個(gè)驚人的截肢者病例，其中有非常詳細的地圖，代表了他們大腦中五個(gè)缺失的手指。
但是，為什么這些地圖仍然存在，盡管幾十年沒(méi)有任何來(lái)自失蹤肢體的輸入?在eLife雜志上發(fā)表的一項新研究中，我們現在已經(jīng)發(fā)現，一個(gè)人可以有目的地“移動(dòng)”他們的幻肢，這對于確定他們的大腦丟失的手部地圖與有兩只手的人有多相似是至關(guān)重要的。我們的研究表明，幻肢不只是一個(gè)有趣的怪，而是一種可以利用以前未解答的大腦問(wèn)題的現象。
如果一個(gè)人不幸失去一只手臂，那么很多事情都會(huì )發(fā)生變化。你怎么穿襪子?還是打開(kāi)一個(gè)飲料瓶?對一個(gè)人的想法可能更少(赦免雙關(guān)語(yǔ))是失去一只手臂可能會(huì )改變他們的大腦。
有一些選擇腦部房地產(chǎn)，曾經(jīng)控制失去肢體的運動(dòng)和感覺(jué)。那么，那些大腦現在到底是什么?這可能是一個(gè)令人難以置信的難以回答的問(wèn)題。通常，為了探索大腦的“手臂”區域 - 例如，通過(guò)腦成像 - 我們會(huì )觸摸或移動(dòng)手臂。如果缺少該手臂，則會(huì )出現問(wèn)題。
經(jīng)過(guò)幾十年的大多數動(dòng)物研究，研究人員已經(jīng)觸摸并移動(dòng)身體的其余部分，看看是否有任何東西似乎正在侵入這個(gè)缺失的手部區域。這告訴我們，例如，如果猴子失去了中指，那么大腦區域(曾經(jīng)控制過(guò)中指)幾乎立即被相鄰的食指和無(wú)名指接管。這是一個(gè)領(lǐng)土入侵，就像一個(gè)風(fēng)險的身體游戲。
這項研究描繪了一張圖片，其中舊的身體貼圖似乎被擦除，寶貴的大腦空間被重新分配以支持剩余的肢體。但事實(shí)證明這遠非整個(gè)故事。
幻影課程
由于動(dòng)物很難告訴我們他們的感受，只有通過(guò)人類(lèi)研究 - 最近的大部分 - 我們才發(fā)現了截肢者大腦中丟失的身體部位的模型，以及他們提供的令人驚訝的見(jiàn)解?？茖W(xué)。
很多人都沒(méi)有意識到截肢者不僅可以感受到他們的幻肢 - 大多數人也能很好地控制他們的動(dòng)作。我們之前表明，要求被截肢者將他們的幻影手指移動(dòng)到掃描儀中會(huì )導致各個(gè)(缺失)手指的美麗地圖(見(jiàn)上圖)。然而，該研究中的截肢者是專(zhuān)門(mén)選擇的，因為他們有非常生動(dòng)的幻影。這讓我們想知道，這些幻影感覺(jué)能夠讓失去的肢體在大腦中活著(zhù)嗎?
為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們最近掃描了一大群截肢者，他們有不同程度的幻影，幻像運動(dòng)和幻痛。我們發(fā)現，一個(gè)人可以移動(dòng)他們的幻影手指的程度是他們的地圖所具有雙手人物地圖的最佳指標。
令人驚訝的是，幻影運動(dòng)在預測這些手繪圖的組織方面比幻象感覺(jué)的簡(jiǎn)單生動(dòng)更重要 - 他們能夠感受到多少手指缺失。我們也驚訝地發(fā)現，這些丟失的手部地圖甚至保留在幾乎沒(méi)有幻影感覺(jué)的人身上，這表明這些地圖一旦形成就非常穩定。
最后，我們想知道在沒(méi)有肢體(先天性單手)的情況下出生的人的手臂區域發(fā)生了什么。然而，在這里，我們遇到了一個(gè)問(wèn)題：沒(méi)有四肢出生的人通常不會(huì )感受到幻影(雖然這有點(diǎn)引起爭議)。這意味著(zhù)我們不能要求這些參與者將他們的幻像移動(dòng)到掃描儀中，就像我們對截肢者所做的那樣。
要求先天性的單手操作者想象在掃描儀中移動(dòng)他們缺失的手臂會(huì )產(chǎn)生非常少的類(lèi)似手的活動(dòng)(我們認為其中大部分都與我們任務(wù)的視覺(jué)方面有關(guān))。但是為了更深入地看，我們需要一種新的策略。
當您移動(dòng)右手時(shí)，這會(huì )激活右手自己在大腦左側(對側)的手部圖。然而，移動(dòng)右手也會(huì )導致活動(dòng)變化，使我們能夠在大腦的另一側看到不動(dòng)的左手的地圖。
因此，通過(guò)讓我們的單手參與者移動(dòng)完整的手，我們可以間接看到丟失的手繪圖。當被截肢者和雙手移動(dòng)完整的手時(shí)，我們在失蹤的手側看到了一張看起來(lái)很正常的手繪圖。沒(méi)有手的出生的參與者沒(méi)有表現出這樣的活動(dòng)，給了我們新的信心，那里根本沒(méi)有手繪圖。
幻影四肢吸引了我們的注意力，因為它們令人著(zhù)迷和奇異。但他們的科學(xué)價(jià)值也越來(lái)越明顯。我們的研究提出了一個(gè)問(wèn)題，即人們是否能夠明確地訓練他們的幻影手將他們的手指圖恢復到更正常的狀態(tài)。這似乎毫無(wú)意義，但美國皮特大學(xué)的科學(xué)家們目前正在將電極植入缺失的癱瘓病人手指圖中，讓他們能夠控制和感受機器人手的各個(gè)手指?？赡芎芸炀蜁?huì )進(jìn)行幻影手鍛煉。