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儘管現代假肢裝置比以往任何時候都更逼真，也更容易讓截肢者控制，但它們仍然缺乏觸覺。患者依賴視覺反饋來操作他們的假肢——當他們看到假肢手碰到物體時，他們才知道自己碰到了物體。沒有感覺，患者無法準確判斷握力，也無法感知溫度和紋理。
託德·庫肯是西北大學的教授，也是芝加哥康復研究所神經工程人工肢體中心的主任，他領導開發了一種名為靶向神經支配的新技術，該技術可以幫助截肢者控制電動假肢手臂。他和他的團隊現在希望擴大靶向神經支配的應用範圍，以幫助患者恢復感覺能力。
在靶向神經支配中，附近目標肌肉（通常是胸部）的運動神經被停用。然後，截肢手臂末端的殘餘運動神經從殘肢移植到胸部。神經會自行重塑並生長到胸部肌肉中。由於肢體截肢並不會阻止殘肢中殘留的神經發出訊號，因此神經支配重建手術只是為訊號提供了一個新的目的地。
手術後，當一個人想到移動缺失的手臂或手部的肌肉時，胸部肌肉會抽搐。電極拾取這些訊號並將它們傳遞到電動假肢手臂，使患者能夠控制多種運動功能，例如同時移動肘部和手部來投擲球。
感覺神經在這種手術後重新生長的現象是偶然發現的。第一位接受靶向神經支配手術的患者告訴庫肯和其他醫生，他有一種有趣的感受：當有人觸控他胸部神經重新生長的區域時，他感覺好像有人在觸控他缺失的手。他手臂殘肢的感覺神經已經重新支配了他胸部肌肉上方的皮膚。他將觸控重新支配的皮膚的感覺體驗為應用於他缺失的肢體。事實證明，像這樣的感覺神經支配重建在手術後很常見。
庫肯和他的同事目前正在探索如何利用感覺神經支配重建來構建帶有手指感測器的假肢手臂，這些感測器可以將觸覺資訊從假肢傳遞到胸部，使患者能夠“感覺”到他們用假肢觸控的東西。
下一步是弄清楚引導神經支配重建的機制，希望有朝一日能夠引導神經的再生，以獲得更精細的結果。為了更好地理解感覺神經支配重建如何影響大腦重組，庫肯和他的同事保羅·馬拉斯科檢查了截肢和靶向神經支配重建後的大鼠大腦。在這項實驗中，發表在《神經科學雜誌》上，馬拉斯科和庫肯研究了在大鼠前肢截肢（有和沒有靶向神經支配重建手術）後，軀體感覺皮層（大腦中接收和處理來自感覺器官輸入的區域）發生了怎樣的變化。
一組大鼠接受了前肢截肢，然後進行了靶向神經支配重建，而另一組大鼠只進行了截肢。未接受靶向神經支配重建的大鼠實際上使皮層和前爪之間的輸入靜默了。在十三週的恢復期後，實驗人員記錄了所有動物初級軀體感覺皮層中的大腦活動。馬拉斯科和庫肯特別感興趣的是被稱為前肢桶狀亞區的區域，該區域通常處理來自截肢前爪的觸覺輸入。
正如預期的那樣，未接受靶向神經支配重建的截肢大鼠在前肢桶狀亞區的大腦活動幾乎完全靜默。該區域少數活躍區域的感受野位於殘餘肩部。
相比之下，接受靶向神經支配重建的大鼠在前肢桶狀亞區顯示出廣泛的活動。這些大鼠活躍位點的感受野很小，並且密集地聚集在殘肢的遠端，並且與僅截肢大鼠殘肢上觀察到的大而彌散的感受野在比例上有所不同。看起來，來自重新支配皮膚的感覺輸入是在缺失前爪的皮層表徵內處理的。
這有助於解釋為什麼庫肯早期的病人報告說，他感覺胸部的觸控發生在缺失的手上。他的軀體感覺皮層，特別是專門用於缺失肢體的區域，已經重組以適應新的感覺輸入。來自他胸部皮膚的感覺在軀體感覺皮層的手部表徵區域內被處理。
進一步的軀體感覺重組在大鼠身上也很明顯。在大多數接受截肢後靶向神經支配重建的動物中，在前肢桶狀亞區存在對殘肢和身體其他區域（鬍鬚、下唇和後肢）都有反應的區域（稱為雙重感受野）。這些大鼠中存在雙重感受野，但在僅截肢大鼠中不存在，這表明鄰近的大腦區域在截肢後擴充套件到了去神經支配的區域。空間共享使這些感覺神經即使在截肢後也能繼續傳輸訊號。
馬拉斯科和庫肯的研究結果為在人類靶向神經支配重建患者中觀察到的感覺現象提供了重要的見解。大鼠手術後軀體感覺皮層的重組支援了以下假設：重新支配的皮膚能夠充當從假肢裝置到大腦處理手和肢體感覺區域的直接通訊線路。這很可能是靶向神經支配提供被感知為來自截肢肢體的感覺的機制。
最終，馬拉斯科和庫肯希望這項實驗將有助於構建更好的假肢。同時提供感覺反饋的電動假肢有可能更有效、功能更強大、更易於操作。最重要的是，它們不僅像真正的人手臂一樣發揮作用，而且感覺也像真正的人手臂一樣，從而使假肢能夠更自然地融入患者的自我形象中。
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