Cell Reports | 佩戴假肢后，真的能产生正确位置的触觉感吗？研究人员表示并不能

芝加哥大学(Universityof Chicago)和查尔姆斯理工大学(Chalmers University  of Technology)的神经科学家已经证明，即使长期使用仿生肢体，大脑也不会自我重新映射，这对开发逼真的假肢构成了挑战。
神经科学和工程学的进步为构建与人类肢体无区别的假肢机器人装备带来了巨大的希望。解决这一挑战的关键是设计出的设备不仅可以通过用户自己的神经活动进行操作，而且还可以准确地接收和传递感官信息给用户。
神经科学家的一项新研究发现要实现这一点是非常的困难。在一组三名受试者中，他们的截肢已被神经肌肉骨骼假肢替代，研究人员发现，即使在使用这些设备一整年之后，参与者对他们假肢设备上触觉传感器的位置相匹配的主观感觉从未发生过改变。
触觉的稳定性突出了神经系统适应不同感觉输入能力的局限性。

图 1. 日常生活中使用的神经肌肉骨骼假体

三名肘关节上方截肢的参与者配备了直接固定在肱骨上的高科技神经假体装置。用户可以通过从植入残留手臂肌肉中的电极接收到的信号来控制假肢设备，并通过另一组植入电极接收到感官反馈。位于义肢拇指上的传感器触发神经刺激，进而引发触觉。
外科医生无法确定电极的放置是否会在拇指的正确位置产生感觉。在这项研究中，假肢使用者并没有在拇指上感觉到这种感觉，而是在手的其他部位感觉到了这种触觉，比如中指或手掌。
参与者每天佩戴假体12小时以上，在一年多的日常生活中使用它来操纵物体。
研究人员表示，“目前神经电极的一个问题是，在植入手术中，你无法判断神经的哪一部分对应着什么感觉，所以电极并不总是准确地落在神经中与假肢中传感器的位置相匹配的位置。”
他继续说：“由于患者在几个月的时间里每天且全天都在抓取物体并在手的其他部位感觉到这种感觉，我们希望大脑将通过将感觉转移到拇指来解决这种不匹配。”。
尽管在与物体互动时能够观察自己的手，但没有一个参与者报告说他们感觉到拇指上的感觉，而是感觉在最初感觉到的同一区域持续存在。
“在一年的时间里，这些受试者每天都看到他们的假拇指触摸物体，并感觉到它在不同的位置——有时靠近拇指，但不在拇指上——这种感觉从未改变。”

图 2. 尽管与所见位置长期不匹配，但电诱发感觉的感知位置不会改变

如上图所示，反馈接触的投射场位于鱼际下(P1)、拇指近端(P2)和中指远端(P3)(图2A)。在与传感器配对之前的一年里，经过反复测试，这些投射区域的位置保持一致(蓝色调，图2A和2B)。
更重要的是，在与传感器配对后，投射区域的位置没有改变(绿色，图2A和2B)。也就是说，在超过1年的时间里，每次参与者的假拇指接触到一个物体，他们就会在手上的其他地方有一种触觉，而这种触觉的位置并没有改变。对投射区域位置的定期测试表明，投影域从一个测试到另一个测试(通常间隔几周或几个月)仅轻微移动，通常是一毫米或更小(图2B)。此外，投射域的移动方向是随机的，如果移动方向是均匀分布的，那么矢量强度与预期的没有显著差异(图2C)。同样，在最高刺激强度下测量的投影场的范围在研究后与之前几乎相同(图2A中的紫色轮廓)。这些结果与参与者定期获得的报告相符，即在整个研究过程中，感觉和投射区域保持不变。
这些结果挑战了关于患者截肢后大脑可塑性的普遍观点。许多人认为，在失去感觉输入后，大脑有很强的自我重组能力，将现有的、未使用的脑组织用于其他用途。
Bensmaia说 “一直有一种观点认为，神经系统是具有可塑性的，所以如果你看到的和感觉不匹配，这是神经重新定位的大好机会。”
“但我认为这个想法被夸大了。这不像是在重新整理房间，而更像是在空荡荡的房间里听到回声，”他继续说道。“你可能会从相邻的四肢得到一些重叠的感觉，但这只是因为大脑中过去对感觉做出反应的区域是空的，激活它周围的神经元会导致通过空虚产生回声。”
这项研究强调了在为使用这类神经义肢设备的患者植入感觉阵列时，准确地知道电极放置位置的重要性，因为大脑似乎不太可能对其感知感觉输入的方式进行实质性调整。
论文详情：
Max Ortiz-Catalan, Enzo Mastinu, Charles M. Greenspon, Sliman J. Bensmaia, Chronic Use of a Sensitized Bionic Hand Does Not Remap the Sense of Touch, Cell Reports, Volume 33, Issue 12, 2020, 108539, ISSN 2211-1247,
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2020.108539.
https://tectales.com/bionics-robotics/bionic-touch-does-not-remap-the-brain.html

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