在一項(xiàng)新發(fā)表于《自然·神經(jīng)科學(xué)》的研究中，一組研究人員通過對(duì)手臂截肢者進(jìn)行腦成像研究后發(fā)現(xiàn)，即使在外科截肢后很久，腦中負(fù)責(zé)控制失去肢體的區(qū)域仍然存在。

這一成果不僅為幻肢綜合征提供了新的認(rèn)識(shí)，并有望為神經(jīng)假體的發(fā)展以及截肢者的“幻痛”治療提供指導(dǎo)。

腦中的“身體地圖”

過往的研究表明，在一個(gè)名為軀體感覺皮質(zhì)的腦區(qū)中，存在“身體地圖”，不同區(qū)域分別對(duì)應(yīng)不同的身體部位。地圖負(fù)責(zé)處理觸覺、溫度、疼痛以及身體姿勢(shì)等信息。比如，當(dāng)你用手碰到燙的東西時(shí)，某個(gè)腦區(qū)會(huì)被激活；而如果你踢到腳趾，另一個(gè)腦區(qū)又會(huì)被激活。

當(dāng)身體某個(gè)部分被切除時(shí)，這張“身體地圖”會(huì)發(fā)生怎樣的變化？在過去的五十年里，這一問題深深吸引了神經(jīng)科學(xué)家和臨床醫(yī)生。目前，一個(gè)普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)一個(gè)肢體被截除后，“身體地圖”會(huì)發(fā)生重組，鄰近區(qū)域會(huì)“接管”原本屬于缺失肢體的區(qū)域。

不過，這一觀點(diǎn)主要基于截肢后的研究結(jié)果，但并未與截肢前的“地圖”數(shù)據(jù)進(jìn)行過比較。

近年來，一些截肢者描述的“幻肢體驗(yàn)”（即感覺缺失的肢體依然存在，有時(shí)甚至伴隨瘙癢或疼痛）現(xiàn)象，讓科學(xué)家開始重新審視傳統(tǒng)觀點(diǎn)。此外，一些腦成像研究也顯示，當(dāng)截肢者嘗試“移動(dòng)”失去的手指時(shí)，會(huì)顯示出與健全者相似的腦活動(dòng)模式。

因此，關(guān)于“截肢是否會(huì)引發(fā)大規(guī)模皮層重組”的爭(zhēng)論，一直沒有定論。

全新研究設(shè)計(jì)

在新的研究中，研究人員直接追蹤了三名成年參與者在截去手臂之前以及之后長(zhǎng)達(dá)5年的手部和面部（嘴唇）皮質(zhì)特征。這是首次在截肢前后同時(shí)繪制并比較腦中的“手部地圖”與“面部地圖”。

在截肢之前，這三名參與者都能移動(dòng)他們的所有手指。他們會(huì)完成多種動(dòng)作，例如敲擊手指、噘起嘴唇和彎曲腳趾。與此同時(shí)，研究人員會(huì)利用功能磁共振成像（fMRI）掃描儀記錄參與者的不同腦區(qū)的活動(dòng)。

研究人員會(huì)據(jù)此繪制出手部與嘴唇的皮質(zhì)地圖。結(jié)果顯示，“嘴唇地圖”與“手部地圖”的區(qū)域是相鄰的。

（圖/University of Cambridge）

接下來，在參與者被截肢的3個(gè)月和6個(gè)月后，再次接受了這項(xiàng)測(cè)試——他們?cè)俣韧瓿蛇@些動(dòng)作并接受fMRI掃描。只不過，這次他們需要靠想象，用“幻指”來完成手部動(dòng)作。此外，其中一名參與者在截肢18個(gè)月后再次重復(fù)這一測(cè)試，還有一名參與者在截肢5年后再次參與這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

驚人的結(jié)果

研究人員將截肢前后的“手指地圖”進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示：腦中的身體表征在截肢前后保持一致。換句話說，即便參與者的手已經(jīng)不存在，相應(yīng)的腦區(qū)依然會(huì)以與截肢前相同的方式被激活。

截肢前后腦中手部（紅色）和嘴唇（藍(lán)色）的活動(dòng)圖。（圖/Schone et al. / Nature Neuroscience）

研究人員還分析了嘴唇區(qū)域的，發(fā)現(xiàn)并未像傳統(tǒng)觀點(diǎn)所說的那樣“接管”手部區(qū)域，這些腦圖仍保持靜止而穩(wěn)定。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證，研究人員又對(duì)26名平均在23.5年前截去上肢的人進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，他們的腦圖與三個(gè)病例研究的結(jié)果一致，表明手與嘴唇的表征在截肢后長(zhǎng)期保持穩(wěn)定。

臨床意義

研究人員認(rèn)為，這些發(fā)現(xiàn)是最具決定性的直接證據(jù)，證明腦的“身體地圖”在失去肢體后依然保持穩(wěn)定。而這與該領(lǐng)域長(zhǎng)期以來的基礎(chǔ)認(rèn)知背道而馳。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對(duì)幻肢痛的治療具有重要意義。當(dāng)前的治療多集中在“恢復(fù)”肢體在腦圖中的表征，但隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)顯示成效有限。這項(xiàng)新研究表明，問題可能并不在于腦圖的“缺失”。

真正的問題在于殘肢內(nèi)的神經(jīng)失去了與感覺受體的連接，無法接收持續(xù)一致的信號(hào)。沒有目標(biāo)可連，神經(jīng)可能繼續(xù)生長(zhǎng)，導(dǎo)致神經(jīng)組織增厚，并向腦發(fā)送“嘈雜的信號(hào)”。

而最有希望的治療方式，是在截肢手術(shù)中改變處理方式，比如將神經(jīng)移植到新的肌肉或皮膚，讓它們有新的“歸宿”。

在三名參與者中，有一名在截肢前有嚴(yán)重的肢體疼痛，但她在經(jīng)過復(fù)雜的神經(jīng)移植手術(shù)，將神經(jīng)移植到新的肌肉或皮膚上后，已經(jīng)擺脫了疼痛。而另外兩名參與者接受的是標(biāo)準(zhǔn)治療，他們?nèi)栽诮?jīng)歷幻肢痛。

腦機(jī)接口的潛力

這一發(fā)現(xiàn)同樣對(duì)腦機(jī)接口技術(shù)至關(guān)重要。一些科學(xué)家正在研究如何讓癱瘓肢體恢復(fù)運(yùn)動(dòng)與感覺，或通過腦接口控制機(jī)械假肢。如果腦真的發(fā)生了重組，這些技術(shù)將無法奏效。而新的結(jié)果表明，腦的“身體地圖”在截肢之后也能維持穩(wěn)定，這在理論上意味著可以恢復(fù)癱瘓肢體的運(yùn)動(dòng)或讓腦來控制假肢。

研究人員表示，既然他們已經(jīng)證明了“身體地圖”的穩(wěn)定性，腦機(jī)接口技術(shù)就可以在這一假設(shè)下發(fā)展。下一步是獲取手部地圖更精細(xì)的細(xì)節(jié)，比如區(qū)分指尖與指根，并恢復(fù)更豐富的感官體驗(yàn)，如紋理、形狀和溫度。

這項(xiàng)研究提醒我們，即使喪失了肢體，但我們的腦依然幫助我們保存著“身體地圖”，等待我們重新連接。

#參考來源：

https://www.cam.ac.uk/research/news/gone-but-not-forgotten-brains-map-of-the-body-remains-unchanged-after-amputation

https://www.nature.com/articles/d41586-025-02686-5

https://www.nature.com/articles/s41593-025-02037-7

#圖片來源：

封面圖&首圖：This_is_Engineering / Pixabay