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人体本体感觉之谜

2021-04-20

奇闻怪事 2021年4期
关键词:感受器假肢触觉

本体感觉是身体感知四肢位置的神秘能力,即使在黑暗中,这种感觉也能充分发挥出来。但直到今天,科学家们才刚开始理解它。

一个有关迷失的实验

让我们先来做一个小实验:在你面前放一只水杯,现在请你睁着眼睛用手指触碰几下杯子,以确定杯子的位置,然后闭上眼睛重新试试,看还能不能找到杯子的位置。相信这个任务对你不会有任何困难。

你也许会噘着嘴说:“对谁都不会有困难。”

你可别这么想,对某些人,困难可大啦。法国有位叫萨娜的妇女在一项类似的测试中,完全乱了套。测试是这样:在她面前摆一张桌子,桌上放一只圆筒,圆筒顶部放一只塑料球。她要先用手指碰一下自己的鼻子,再用手指碰一下塑料球,目的是確定鼻子和塑料球的位置。当睁着眼睛做的时候,一切都不成问题。然后,研究人员让萨娜闭上眼睛,把后者的手指放在塑料球上,接着移回萨娜的鼻子,让她闭上眼睛感觉一下鼻子和塑料球的位置,最后放手并要求她继续闭着眼自己再做一遍这个动作。结果,塑料球的位置好像突然从萨娜的脑海中消失了。她四处摸索,胳膊左右大幅度地挥动。等到她成功抓到塑料球时,看上去也完全像是侥幸。她甚至定位自己脸上的鼻子都有困难,好几次都完全找不对位置。

“那种感觉就像是迷了路一样,”萨娜告诉实验人员。她眼睛闭着的时候,根本不知道自己身体在空间的位置。

丧失本体感觉的人

我们闭上眼睛后,对世界和身体位置的感知并不会消失。这种感觉叫做“本体感觉”,是一种对四肢位置和身体空间位置的意识。和其他感官(视觉、听觉等)一样,本体感觉也有助于我们的大脑导航。科学家有时称其为“第六感”。

本体感觉在一个关键方面与其他感觉存在差异:眼睛会失明,耳朵会失聪,而且失明、失聪的大有人在;但本体感觉永远不会关闭,只有极少数例外。

萨娜就是极少数本体感觉关闭的人之一,她的姐姐索森也是。在家的时候,如果突然关了灯,而索森恰好站着,她就很难找到椅子坐下来。这就好像有人把她的眼睛蒙上,又让她转了几个圈,然后放手一样,她完全分不清东西南北。

这对姐妹俩还拥有另一个古怪特征:没有触觉(从下文可知,她们所缺失的,严格地说,是轻微的触觉),触摸的很多东西都无法感知。哪怕睁着眼睛触碰小球,都感觉不到它的存在。

在所有感觉中,触觉和本体感觉很可能是我们了解最少的。不过,过去的十年里,神经科学家对这两种感官工作方式的研究已经取得了重大突破,这有助于我们更全面地了解身体对世界的体验。

小分子,大威力

卡斯滕·波尼曼是一名美国神经科学家。2015年,他给一名患有奇怪疾病的妇女做检查。这位妇女18岁,她在7岁时才学会走路。现在,她也只有看着脚才能行走,如果让她闭上眼睛站着,就会摔倒在地。也就是说,只有在睁眼看着的时候,她才能保持自己身体的平衡。

波尼曼在给她做检查时,意识到她没有本体感觉。此外,她闭着眼睛,就感觉不到医生轻轻地移动她的手指。这种触觉丧失的现象不止出现在她的手指,肘部、肩部、臀部,移动她身体的任何关节部位,她都感覺不到。

为了弄清楚这个症状出现的原因,波尼曼的团队对这位女性的整个基因组展开了测序工作,结果发现,在她身上,负责一个名为“piezo2”的触觉感受器的基因发生了突变,导致全身的piezo2触觉感受器失效了。

各种感受器在我们身上扮演了重要角色。比如,我们要能看到光,那得借助视觉感受器;要闻到气味,得借助鼻腔里的嗅觉感受器……感受器受到刺激后,产生电信号,电信号沿着与之相连的各类神经(比如与视觉感受器相连的是视神经)传入大脑,外部世界才能为我们所感知。如果说,神经是把来自外部的信息传输到大脑的导线,那么这些感受器就是把外部刺激转变成电信号的地方。

研究人员发现了两种新的触觉感受器:piezo1和piezo2。当含有这两种感受器的细胞受挤压拉伸时,piezo感受器就受到刺激,释放出电脉冲。两者又有分工。piezo1感受器“主内”,负责监测来自身体内部的挤压,比如血压;piezo2感受器“主外”,负责感受来自身体外部的挤压。进一步的研究表明,piezo2感受器是一种对触觉和本体感觉都非常重要的分子,是一扇大门,只有过了这道门,外部的挤压才能被我们感知。

萨娜、索森与波尼曼的病人一样,生来就带有一种导致piezo2失效的基因突变。这给她俩造成了终身的本体感觉、触觉以及运动障碍。她们只能稍微走走路,要想像正常人那样到处转转只能借助电动轮椅。她们根本就没有体验过拥有本体感受的人生,而且还以为所有人都跟她们一样,直到接受测试才知道了自己的与众不同。

截至目前,研究人员已经发现了12个piezo2感受器失效的病例。

大脑如何弥补本体感觉的缺失?

正如视觉、听觉、嗅觉和触觉等信息,我们的本体感觉也参与了大脑中意识的形成。我们不妨把大脑创造意识的过程想象成魔法师搅拌药剂。这个魔法师从我们的身体中拿走各种感觉,同我们的思绪、情感、记忆等混合在一起“一锅炖”,就产生了一种被称为“意识”的全新的东西。

假如一锅炖的是食物,那么少了一种菜或一种佐料,最后炖出来的味道肯定有所不同。但人类的思维似乎拥有不可思议的弹性,就算缺少了某种成分,最终得到的“意识”不一定就不一样。譬如,萨娜和索森都缺少了来自piezo2感受器的信息,但她们的意识与其他人并没有什么两样。这说明,有某种弥补机制在起作用。

就像目盲往往会让耳朵更敏锐一样,萨娜和索森也会运用自己的其他感觉弥补本体感觉的缺失。譬如,她们在闭着眼伸手够桌上的圆筒时,会努力感受附近的温度变化。她记得接触小球时会有变冷的感觉,所以总想找出温度较低的那个地点。而这种温度的微小变化,常人是难以感觉到的。

此外,姐妹俩的大脑照样能产生有关身体的图像。只不过,她俩必须运用像视觉这样的其他输入(她们睁着眼睛能跟常人一样轻松完成本文开头的实验,就是完全靠着视觉信息来定位塑料球和自己鼻子的位置的),或者像冷热或疼痛这样的其他感觉。但她们的大脑在构建身体图像时,是如何补偿本体感觉信息的缺失的呢?这依然是有待研究的一个谜。

制造完美的假肢

这项研究给我们带来很多启发,或许未来还会有实际的应用。

科学家普遍把触觉和本体感受视作不同系统。但这两种感官在某种程度上是重叠的。皮肤中的感受器有助于我们掌握四肢的位置。行走时,你每迈一步,脚上的所有这些压力感受器都会激活,这就给大脑传递了身体的位置信息。

类似的,还有很多很多这样的输入信号进入我们的感官系统,它们给予我们反馈,并告知大脑身体在干什么。了解这中间的工作机制,有助于我们建造更好的机器,譬如,制造由患者神经系统直接控制的假肢。

目前,假肢获得的信息都是单向的,即只从截肢患者的大脑获得指令,指挥假肢运动。在这方面,我们已经做得相当出色。但是,我们还做不到从假肢拿回感觉信息,并反馈给大脑。

换句话说,目前假肢完全是被动地执行大脑的指令,假如有一天我们制造出有感觉的,能向大脑“报告”的假肢,那这样的技术就完美了。

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