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挑战教科书：肢体缺失后大脑中的身体地图仍然保存稳定
这项研究对“肢体截肢后，大脑中负责处理躯体感觉的脑区会发生自我重组”这一教科书级观点提出了挑战。
一张3D功能磁共振成像（fMRI）脑部扫描图，红色/棕色区域突出显示了右侧大脑半球中控制左手的脑部活动。研究发现，截肢后初级躯体感觉皮层中的大脑身体地图并未发生改变。图片来源：Zephyr/Science Photo Library
一项针对手臂截肢者的脑部成像研究，颠覆了一个长期以来的认知：大脑不会通过重组身体地图来代偿缺失的身体部位。
此前有研究[1]提出，大脑中负责存储这种“内部身体地图”的脑区——初级躯体感觉皮层（primary somatosensory cortex）中的神经元，会“侵占”皮层中原本负责感知缺失肢体的相邻区域。
但8月21日发表在《自然·神经科学》（*Nature Neuroscience*）上的最新研究结果[2]显示，即便在手臂截肢数年后，初级躯体感觉皮层仍保持着显著的稳定性。研究作者表示，这一发现驳斥了神经科学领域的一个基础认知——即肢体缺失会导致该脑区发生剧烈重组。
“几乎所有神经科学家都从教科书上学到，大脑具有重组能力，而截肢者相关研究是这一观点的重要例证，”该研究的资深作者、英国剑桥大学认知神经科学家塔玛尔·马金（Tamar Makin）说。但她补充道：“教科书也可能出错。我们不应想当然地接受任何结论，尤其是在脑部研究领域。”
这一发现或有助于研发更先进的假肢装置，或改进“幻肢痛”（即截肢者仍能感知到已缺失肢体的疼痛）的治疗方法，同时也可能为科学家探索如何为截肢者恢复躯体感觉提供帮助。
绘制皮层可塑性图谱
该研究第一作者、美国宾夕法尼亚州匹兹堡大学神经科学家亨特·肖内（Hunter Schone）表示，此前一些截肢者的描述让他和同事对“截肢后大脑身体地图会重组”的观点产生了怀疑。大脑中的这些“地图”负责处理特定身体部位的感觉信息，如触觉或温度觉。“他们会说：‘我仍能感觉到那只肢体，即便几十年没手了，我还能‘动’那只手上的每一根手指，’”肖内说。
为探究这一矛盾现象，研究人员追踪了3名即将接受单侧手臂截肢手术的患者。团队采用功能磁共振成像（fMRI）技术，在手术前绘制了患者大脑皮层的身体表征地图，并在截肢后长达5年的时间里多次重复绘制。这是首个采用该追踪方式的研究。
截肢手术前，参与者在fMRI扫描仪内完成了多种动作（如轻敲手指、噘嘴、弯曲脚趾），扫描仪会记录大脑不同区域的活动情况。通过这些数据，研究人员绘制出了皮层“地图”，明确了大脑中负责感知手部的区域。为验证“截肢后皮层中相邻神经元会重新分布”的观点，他们还绘制了相邻皮层区域的地图——在本研究中，即负责处理嘴唇感觉的脑区。肖内介绍，截肢后，参与者又多次重复了类似实验，只不过这次是“用幻肢手指轻敲”。
分析结果显示，手臂截肢后，大脑中的身体表征始终保持稳定。即便在术后5年，缺失手部对应的皮层地图仍能像截肢前一样被激活。同时，没有证据表明截肢后嘴唇对应的皮层表征会“侵占”手部区域——而这正是此前研究认为会发生的现象。
马金表示，他们的研究是“最具决定性的直接证据”，证明肢体缺失后，大脑内置的身体地图仍能保持稳定。“这一结论完全违背了该领域的基础认知，”她说。
意大利比萨圣安娜高等研究学院（Sant’anna School of Advanced Studies）神经工程师索莱曼·肖库尔（Solaiman Shokur）表示，他惊讶于研究能以“如此清晰的方式”呈现证据，且结果“在一定程度上反驳了该领域的固有认知”。
对相关研究的启示
瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）神经工程师贾科莫·瓦莱（Giacomo Valle）对该研究方法表示认可，并认为它“为截肢后大脑身体地图是否重组的争议画上了句号——或得出了明确结论”。他补充道：“这是一项重要的证据。”
瓦莱指出，该发现可能对“通过植入躯体感觉皮层的脑机接口控制假肢”的相关研究产生影响。他表示，这一研究结果不仅与这类装置临床试验的志愿者招募相关，也对可能从脑机接口中获益的潜在患者具有参考价值。
研究作者指出，他们的发现还解释了为何“通过‘逆转’大脑地图重组来治疗幻肢痛”的方法效果有限。他们在论文中写道：“研究人员或许低估了皮层表征极强的稳定性。”
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