在我醫學院四年級的一個早晨，巴西聖保羅大學醫院的一位血管外科醫生邀請我參觀骨科住院病房。“今天我們將和一個幽靈談話，”醫生說。“不要害怕。儘量保持冷靜。病人還沒有接受已經發生的事情，他非常激動。”
一個大約12歲，有著朦朧藍眼睛和金色捲髮的男孩坐在我面前。汗珠浸透了他的臉龐，扭曲成恐怖的表情。我現在仔細觀察著這個孩子，他的身體因不明原因的疼痛而扭動。“真的很痛，醫生；它在燃燒。好像有什麼東西在壓碎我的腿，”他說。我感到喉嚨裡哽咽，慢慢地扼住我。“哪裡疼？”我問。他回答說：“在我的左腳、小腿、整條腿，膝蓋以下的所有地方！”
當我掀開蓋在男孩身上的床單時，我震驚地發現他的左腿缺失了一半；它在被汽車撞倒後，在膝蓋以下被截肢了。我突然意識到孩子的疼痛來自於他身體中不再存在的一部分。在病房外，我聽到外科醫生說：“不是他在說話；是他的幻肢。”
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那時，我不知道至少有 90% 的截肢者——全球數百萬——經歷過幻肢：一種奇怪而錯誤的感受，即缺失的身體部位仍然存在並附著在他們的身體上。在某些情況下，該部位會移動；在另一些情況下，它被鎖定在原位。這種幽靈般的肢體通常以瀰漫性的刺痛感為特徵，這種感覺遍佈整個截肢肢體並有效地重建它。這些幻肢通常非常痛苦且生動得可怕。在某些情況下，它們會持續多年。
儘管科學家們仍在努力確定這種幻覺的生物學基礎，但最近的研究表明，它們並非來自截肢者殘肢疤痕區域發出的錯誤神經訊號的產物。相反，大多數神經科學家現在認為，它們主要源於分佈在整個大腦的神經元網路中的活動。這些網路使人能夠建立自己身體的解剖影像，並將感覺附加到該身體影像上。對這種大腦表徵以及它們在截肢後如何變化的研究，已經導致了幻肢綜合徵的新實驗療法。
痛苦的附肢
幾個世紀以來，科學家、醫生和普通百姓都知道幻肢。例如，在中世紀，歐洲民間傳說讚美奇蹟般地恢復士兵截肢肢體的感覺。
在一個可以追溯到公元四世紀的記載中，一對雙胞胎試圖將肢體物理地重新連線到失去手臂或腿的病人身上。據推測，截肢者在他們缺失的身體部位產生了神聖存在的感覺——大概是幻肢的結果。這對男孩後來成為天主教會的官方聖徒；祈禱紀念他們的截肢者感到他們的肢體又回來了。在 1500 年代，法國軍事外科醫生安布魯瓦茲·帕雷改進了外科技術，提高了截肢者的生存率，他描述了許多從歐洲戰場返回計程車兵的這種現象的案例。
1872 年，美國神經學家西拉斯·威爾·米切爾創造了“幻肢”一詞，用來描述在內戰中受傷計程車兵在他們失去的肢體中感受到的感覺。從那時起，科學家們撰寫了數百個案例研究，揭示了各種表現形式。對截肢者的訪談表明，截肢前劇烈的肢體疼痛，例如，來自嚴重的骨折、深部潰瘍、燒傷或壞疽，是之後發生幻痛的主要風險因素——就好像疼痛被銘刻在記憶中，即使其來源消失後仍然存在一樣。超過 70% 的患者在手術後立即發現他們的幻肢疼痛；在許多情況下，疼痛會持續多年。
幻肢有時會執行幻肢運動。最近截肢的人甚至可能會尖叫著醒來，說他們不存在的腿“試圖自己離開床在房間裡走動”。然而，在三分之一的受累者中，缺席的肢體變得完全癱瘓，通常是痛苦地癱瘓——例如，嵌入冰塊中，永久性地扭成螺旋狀，或痛苦地釘在背部。
研究人員現在知道，幻覺感覺可以發生在任何切除的身體部位，而不僅僅是手臂和腿；失去乳房、牙齒、生殖器甚至內臟器官的人也曾有過這種感覺。例如，做過子宮切除術的婦女感覺到了幻覺的月經疼痛和類似分娩的子宮收縮。
來自幻肢的疼痛也可能非常使人衰弱。研究表明，患有這種疼痛的截肢者不太可能使用假肢，限制了他們照顧自己、拜訪朋友和參加其他活動的能力。不幸的是，只有極少數這樣的患者能從數十種可用的止痛療法中找到緩解。
責怪大腦
儘管進行了數十年的調查，科學家們尚未確定這種令人不安的幻覺的生物學起源。20 世紀下半葉提出的一個早期觀點來自已故神經科學家帕特里克·沃爾，當時他在倫敦大學學院。沃爾將幻肢現象歸咎於截肢者殘肢疤痕區域中被切斷的神經纖維。這些纖維形成結節或神經瘤，被認為會透過脊髓向大腦傳送錯誤的訊號，這些訊號可能被誤解為缺席肢體中的刺痛或疼痛。
當醫生試圖透過切斷通向脊髓的感覺神經、切斷脊髓中的神經，甚至切除大腦中接收感覺神經束的部分來治療幻肢感覺時，幻肢仍然存在。有時患者的疼痛暫時消失，但隨後又復發。因此，許多研究人員拒絕了周圍神經問題可以完全解釋這種綜合徵的想法。
在 20 世紀 80 年代後期，麥吉爾大學的心理學家羅納德·梅爾扎克和他的同事提出了另一種觀點，即幻覺身體部位至少部分源於大腦內的神經活動。這種觀點呼應了早些時候博物學家伊拉斯謨·達爾文的著作，他是一位 18 世紀的英國知識分子，也是查爾斯·達爾文的祖父，他曾經寫道：“這種[幻肢]現象難道不清楚地表明，我們的想法和感覺來自我們的大腦，而不是來自我們的觸覺器官嗎？”
在梅爾扎克看來，大腦不僅檢測來自身體的感覺訊號，而且還生成自己的神經模式或神經特徵，來代表身體的完整狀態。這種特徵將心理銘刻上身體的構造和邊界感——以及身體屬於個體的感覺。即使在切除身體部位後，它仍然存在，從而產生該部位仍然存在並附著在身體上的錯誤感知。
該理論認為，協調這種神經特徵的責任落在一個龐大的神經元網路上，梅爾扎克稱之為“神經矩陣”。神經矩陣包括位於頭部頂端大腦表面的軀體感覺皮層和頂葉（大腦頂端和後部下方的象限）的其他區域，這些區域構建了一個人的身體形象和他或她的自我意識。此外，它還包括兩條神經通路：感覺通路，透過丘腦（大腦深處的感覺中繼站）將觸覺資訊傳遞到軀體感覺皮層；另一條通路穿過大腦的邊緣系統，邊緣系統是一組埋藏在大腦結構中的結構，控制著與幻肢相關的情緒[參見對頁的方框]。
與這種理論一致的是，對神經矩陣一部分的損害可能導致部分或全部身體的所有權喪失。（它也可能導致身體完整性認同障礙[參見薩賓·穆勒的“截肢羨慕”，第 60 頁]。）腦外傷或中風造成的右頂葉損傷可能導致左側偏癱綜合徵，患者對身體的整個左側變得漠不關心。例如，這樣的患者可能無法穿上襯衫的左袖或左鞋。當被問及這種行為時，這些人通常否認左臂或左腿是他們的；他們斷言，他們身體右側的對應部分屬於其他人。
這種影響在某些情況下可能是短暫的——而且非常奇怪。在我被描述的一個案例中，一位 NASA 宇航員在他的第一次太空任務中駕駛飛船時，在最初的軌道上告訴他的同事“停止將他們的手伸進他的左控制面板”。他的機組人員告訴他，有問題的手是他自己的，但飛行員否認了，並宣稱“左面板中的手肯定不是我的”。幾個小時後，為了機組人員（和休斯頓）的安慰，飛行員突然說：“放鬆，夥計們。我已經在控制面板上找到了我丟失的左手！”據推測，宇宙飛船在發射過程中的加速或失重暫時剝奪了飛行員右頂葉的血液，從而產生了短暫的左側偏癱綜合徵。
修改矩陣
梅爾扎克提出，我們神經矩陣的基本結構可能在出生時就已存在，其藍圖可能銘刻在我們的基因中。這種先天性網路將解釋為什麼，正如梅爾扎克和他的同事在 1997 年報告的那樣，幻肢或幻腿經常出現在天生沒有這些身體部位的兒童身上。梅爾扎克的團隊在 125 名天生沒有肢體或在六歲之前被截肢的人中發現了幻肢，表明這種解剖學上的幽靈發生在約五分之一的出生時就缺少肢體的人和超過一半的幼年截肢者中。因此，即使在沒有來自身體的感覺訊號的情況下，人類大腦似乎也能夠生成完整人體物理結構的神經影像。
然而，出生後身體結構的巨大變化——以及隨之而來的神經矩陣的神經輸入——會引起這種大腦網路的變化，其中一些變化可能會支援大腦在創造幻肢中的作用。頂葉中的軀體感覺皮層包含接收來自各個身體部位的輸入的神經元，因此被認為產生對各個身體部位的意識感。這些神經元以地形圖排列。20 世紀 80 年代，範德比爾特大學的神經科學家喬恩·卡斯和加利福尼亞大學舊金山分校的邁克爾·梅爾澤尼奇及其同事等人進行的實驗表明，截肢會導致這種身體圖的重組，從而使代表切除部位的大腦神經元將其忠誠度轉移到相鄰的身體區域。例如，梅爾澤尼奇的團隊發現，猴子的中指截肢導致以前僅對該手指的刺激做出反應的大腦細胞，在幾個月內轉而對食指和無名指的刺激做出反應。
1993 年，約翰·查平和我表明，這種重組過程在阻斷來自大鼠鬍鬚感覺神經的衝動後立即開始，並且它發生在丘腦以及其他更深層的大腦結構以及軀體感覺皮層中。已故神經科學家蒂姆·龐斯，當時在美國國家心理健康研究所工作，他的同事們擴充套件了這個想法。他們發現，切斷猴子整個手臂的感覺輸入，促使更廣泛的重組，其中曾經分配給手的神經元轉而對來自面部的訊號做出反應，面部在大腦地圖中位於手臂旁邊。1998 年，他們報告了丘腦和軀體感覺系統的腦幹中繼站也發生了類似的重組。
加利福尼亞大學聖地亞哥分校的神經科學家維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭和他的同事的工作表明，這種改造也發生在人類大腦皮層中手臂截肢之後。在 20 世紀 90 年代初，研究人員使用一種稱為腦磁圖的成像技術，該技術測量大腦中電活動產生的磁場，表明來自面部的感覺輸入激活了大腦身體地圖中的手部區域。
當拉馬錢德蘭的團隊觸控截肢者面部的特定位置時，研究人員發現，感覺神經訊號現在傳遞到軀體感覺皮層的手部區域，從而引發了他們幻肢的感覺。此外，研究人員發現，面部下部區域包含手的有組織地圖，因此對面部特定點的觸覺刺激會引發來自幻肢特定點的感覺。感覺型別——無論是熱、冷、摩擦還是按摩——在兩個位置都是相同的。
此後的其他努力已將這種大腦重組與幻肢疼痛聯絡起來。在 1995 年的一項研究中，德國海德堡大學的神經科學家赫塔·弗洛爾和她的同事使用非侵入性神經磁技術來檢測 20 名截肢者皮質重組的程度。他們發現神經重組量與幻肢手臂疼痛程度之間存在很強的關係，這表明疼痛可能是軀體感覺皮層中這種變化的結果。
2001 年由德國圖賓根大學的心理學家尼爾斯·比爾鮑默領導的一項後續研究進一步支援了這一觀點。包括弗洛爾在內的科學家們使用了一種稱為功能性磁共振成像的大腦成像技術，表明幻肢疼痛患者幻肢的想象運動激活了軀體感覺皮層的面部區域，但在無痛截肢者中則沒有。研究人員假設幻肢疼痛是由於大腦身體地圖的手和嘴區域同時啟用造成的。
幽靈獵人
此後，拉馬錢德蘭和他的妻子，神經科學家戴安·羅傑斯-拉馬錢德蘭，開發了一種基於大腦身體地圖可塑性的幻肢綜合徵的可能治療方法。研究人員取下了一個紙板箱的頂部，並插入了一面垂直的鏡子。十名手臂截肢者將他們完好的手臂插入箱子的前面，這樣手臂在鏡子中的反射就會覆蓋幻肢的感知位置。這創造了一種視覺錯覺，即幻肢已經復活。當每位患者移動他真實的胳膊時，他可以看到他的“幻肢”正在服從他的運動指令[參見維拉亞努爾·S·拉馬錢德蘭和戴安·羅傑斯-拉馬錢德蘭的“一切都用鏡子完成”；大眾科學·心靈，2007 年 8 月/9 月]。
六名使用鏡箱的患者說，他們既能感覺到也能看到他們的幻肢在移動，產生了兩個手臂現在都可以移動的印象。四名患者利用這種新發現的能力來放鬆和張開緊握的幻肢手，從而緩解了痛苦的痙攣。每天使用鏡子進行三週的練習，使一位患者的幻肢在很大程度上消失了。當肢體的大部分消失時，幻肢肘部的疼痛也隨之消失。研究人員在 1996 年報告說，視覺錯覺顯然糾正了觸覺錯覺，這表明中央視覺迴路的活動可以改變擬議的神經矩陣的活動。
十年後，蘇格蘭格拉斯哥卡利多尼亞大學的心理學家埃裡克·布羅迪和他的同事報告說，在對腿部改裝的鏡箱進行測試時，發現了成功的跡象。四十一名下肢截肢者在鏡子中觀看他們完好腿部的反射，同時移動這條腿並試圖移動他們的幻肢。另外 39 名截肢者試圖在沒有鏡子的情況下移動他們的幻肢和真實的腿。這兩種努力都涉及 10 種不同的運動，每種運動重複 10 次，從而減輕了幻肢感覺，包括疼痛。儘管鏡子沒有增強這種效果，但與沒有鏡子的運動相比，它確實產生了明顯更多的幻肢運動和對幻肢腿部更生動的意識。研究人員提出，長期的鏡子治療可能更有效地對抗幻肢疼痛，也許是透過逆轉被認為導致幻肢疼痛的大腦持續重組。
研究人員現在正在嘗試使用沉浸式三維計算機模擬——所謂的虛擬現實 (VR)——來減輕幻肢疼痛，虛擬現實可以產生類似於鏡子產生的幻覺。該技術可以顯示患者的整個身體，包括他或她的幻肢，並使患者能夠執行手指、腳趾、手、腳、手臂和腿部的複雜運動，而鏡子療法無法實現這些運動。在 2007 年的一項初步研究中，英格蘭曼徹斯特大學的心理學家克雷格·默裡和他的同事讓兩名上肢截肢者和一名下肢截肢者接觸到一個模擬，該模擬將使用者的肢體運動轉移到虛擬肢體的運動，虛擬肢體在虛擬環境中覆蓋了他們的幻肢。所有三名參加了兩次到五次 VR 療程的截肢者都報告說，來自他們真實肢體的感覺轉移到了他們幻肢的肌肉和關節上。在每種情況下，幻肢疼痛在至少一次療程中有所減輕，這表明這種療法可能為這類患者提供止痛效果。
大約 25 年前，在聖保羅的那個下午，當我看到那個男孩因他不再擁有的腿而尖叫疼痛時，這種治療的可能性似乎遙不可及。如果我當時知道我現在知道的，我就能夠向那個男孩保證，他所感受到的，無論多麼痛苦和奇怪，都只是一種過去的神奇觸覺記憶，是由一個功能正常的大腦以每一個精緻而殘酷的細節創造出來的——而不是可怕的詛咒。也許通過了解這一點，我的第一位病人會發現這樣一個可怕和不受歡迎的生活伴侶更容易忍受。