體感系統(tǒng)，從大腦到手，想象地向外延伸，一直進(jìn)入所拿著的棍子。Credit: Lottie Clark
認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家盧克·米勒(Luke Miller)在自己的公寓里擺弄一根窗簾桿時(shí)，突然有了一個(gè)奇怪的想法。當(dāng)他用棒子擊打一個(gè)物體時(shí)，即使不看，他也能分辨出它在哪里接觸，就像它是他身體的感官延伸一樣。米勒回憶說(shuō):“這有點(diǎn)奇怪。“所以我去了(實(shí)驗(yàn)室)，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里玩了一下?！?/span>
通過(guò)工具感知觸覺(jué)并不是一個(gè)新概念，盡管它還沒(méi)有得到廣泛的研究。在17世紀(jì)，哲學(xué)家哲學(xué)家雷內(nèi)·笛卡爾（RenéDescartes）討論了盲人通過(guò)手杖感知周圍環(huán)境的能力。雖然科學(xué)家們對(duì)工具的使用進(jìn)行了廣泛研究，但他們通常關(guān)注的是人們?nèi)绾我苿?dòng)工具。“在很大程度上，他們忽視了工具使用的感官方面，”米勒說(shuō)。
在2018年《自然》雜志的一項(xiàng)研究中，米勒和他在法國(guó)的同事們報(bào)告說(shuō)，人類實(shí)際上非常擅長(zhǎng)僅通過(guò)觸摸就能確定物體與手持工具接觸的位置，就好像物體在接觸他們自己的皮膚一樣。工具不像我們的皮膚那樣受神經(jīng)支配，所以我們的大腦如何知道何時(shí)何地被觸摸?12月發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》(Current Biology)上的一項(xiàng)后續(xù)研究的結(jié)果顯示，大腦中負(fù)責(zé)感知身體觸感的區(qū)域在工具上也有類似的處理。米勒說(shuō):“這個(gè)工具被視為身體感官的延伸?！?/span>
在最初的實(shí)驗(yàn)中，研究人員要求16名右撇子受試者確定他們?cè)谝桓幻组L(zhǎng)的木棍上感受到觸碰的位置。在總共400次試驗(yàn)中，每個(gè)受試者都比較了在棒子上兩次觸摸的位置:如果在不同的位置感覺(jué)到它們，參與者沒(méi)有反應(yīng)。如果他們?cè)谕晃恢?，研究中的人?huì)輕敲腳踏板，以表明觸摸距離他們的手是近還是遠(yuǎn)。即使沒(méi)有任何使用棒子的經(jīng)驗(yàn)或?qū)λ麄儽憩F(xiàn)的反饋，參與者的平均準(zhǔn)確率也達(dá)到了96%。
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究人員使用頭皮電極記錄受試者的大腦皮層活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)接觸工具的地方大腦皮層會(huì)迅速處理。在連續(xù)兩次在同一位置觸摸棒子的試驗(yàn)中，在先前顯示的識(shí)別身體接觸的大腦區(qū)域，包括初級(jí)體感(觸摸)皮層和后頂葉皮層，有明顯的神經(jīng)反應(yīng)被抑制。
有證據(jù)表明，當(dāng)感覺(jué)大腦區(qū)域反復(fù)出現(xiàn)相同的刺激時(shí)，底層神經(jīng)群的反應(yīng)會(huì)受到抑制。這種重復(fù)抑制可以被測(cè)量，并用作“時(shí)間戳”，以表明刺激何時(shí)在大腦中提取。
當(dāng)研究小組用觸摸他們的手臂而不是棒子對(duì)一些相同的受試者進(jìn)行測(cè)試時(shí)，他們?cè)谙嗤拇竽X區(qū)域在相似的時(shí)間尺度上觀察到類似的重復(fù)抑制。在接觸桿子和手臂后，體感皮層在52毫秒(約二十分之一秒)內(nèi)被抑制。在80毫秒時(shí)，這種活動(dòng)抑制擴(kuò)散到整個(gè)后頂葉皮層。法國(guó)里昂神經(jīng)科學(xué)研究中心的神經(jīng)科學(xué)家亞歷山德羅(Alessandro Farnè)說(shuō)，這些結(jié)果表明，檢測(cè)工具上觸摸位置的神經(jīng)機(jī)制“與自己身體上的觸摸非常相似”。
米勒說(shuō)，有趣的是，在每次接觸后，桿子振動(dòng)大約100毫秒。他補(bǔ)充說(shuō):“所以當(dāng)棒子在手中振動(dòng)完畢時(shí)，你已經(jīng)在幾十毫秒前提取出了位置?！睏U上的振動(dòng)被嵌入我們皮膚的Pacinian受體的觸摸傳感器檢測(cè)到，然后將神經(jīng)信號(hào)傳遞到體感皮層。計(jì)算機(jī)模擬手部的Pacinian活動(dòng)顯示，關(guān)于棒接觸位置的信息可以在20毫秒內(nèi)有效提取。
桿上的振動(dòng)可以提供觸摸定位所需的關(guān)鍵信息。研究人員重復(fù)了同樣的桿子實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了一位右臂失去本體感覺(jué)的患者，這意味著她無(wú)法感知肢體在空間中的位置。然而，她仍然可以感覺(jué)到表面的觸感，并且當(dāng)她雙手握住棒子時(shí)，她能夠定位棒子被觸摸的位置，并且在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，她的大腦活動(dòng)與健康患者相似。Farnè說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)“令人信服地表明，通過(guò)觸摸傳遞的振動(dòng)足以讓大腦定位觸摸桿上的物體?！?/span>
綜上所述，這些結(jié)果表明，人們可以使用與檢測(cè)身體接觸相同的神經(jīng)過(guò)程，快速有效地定位對(duì)工具的觸摸。雖然Farnè強(qiáng)調(diào)，研究中沒(méi)有人認(rèn)為工具已經(jīng)“成為他們自己身體的一部分”，但他說(shuō)，這項(xiàng)工作表明，受試者經(jīng)歷了感官化身，“在這種情況下，大腦通過(guò)重用它對(duì)身體的了解，重新利用處理物體的策略?！?/span>
密蘇里大學(xué)(University of Missouri)研究神經(jīng)義肢的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家斯科特·弗雷(Scott Frey)說(shuō):“這真的是一項(xiàng)漂亮、全面的工作?！备ダ讻](méi)有參與這項(xiàng)研究，他認(rèn)為這些結(jié)果可以幫助設(shè)計(jì)更好的假肢，因?yàn)樗砻鳌盁o(wú)敏感的物體可能成為檢測(cè)世界的信息并將其傳遞給體感系統(tǒng)的方式，”他說(shuō)?！拔艺J(rèn)為，假肢設(shè)計(jì)界的人并沒(méi)有真正考慮過(guò)這一點(diǎn)。但也許這表明他們應(yīng)該這樣做。這是一種簡(jiǎn)潔、新穎的想法?！?/span>
參考鏈接：
https://www.scientificamerican.com/article/the-brain-senses-touch-beyond-the-body/
https://askabiologist.asu.edu/understanding-touch
https://esmartr.com/blogs/articles/what-are-touch-receptors
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