真正神經修復假肢——感覺和行為都像真肢體的人工肢體——可能在遙遠的未來。但是一項新研究的結果使這項技術向現實邁進了一步。匹茲堡大學的研究人員領導的一個團隊對一名癱瘓男子的腦部進行了電刺激，使他再次感受到手部的觸覺。完全再現這種感覺是神經修復學領域面臨的最大挑戰之一。
“對於大多數涉及物體操作的任務，你實際上依賴於觸覺來引導運動——你不一定使用視覺，”匹茲堡大學物理醫學與康復學助理教授，今天發表在《科學轉化醫學》雜誌上的這項研究的合著者詹妮弗·科林格說。“你沒有關於你擠壓的力度，或者你需要做什麼來保持穩定姿勢的視覺反饋。所有這些都來自觸覺。”
在這項研究中，外科醫生在一名28歲男子的腦部植入了電極陣列，該男子因10年前的脊髓損傷導致頸部以下癱瘓，特別針對軀體感覺皮層，即負責觸覺的大腦區域。在手術前，研究人員使用磁共振成像（MRI）和腦磁圖（MEG）來確定電極的放置位置，方法是記錄研究參與者想象右手不同部位的感覺時軀體感覺皮層中哪些區域被啟用。一旦電極植入，研究人員就向患者的大腦輸送微小的電流，這種技術被稱為皮層內微刺激。
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在最初的四周期間，參與者沒有檢測到任何電刺激，但他經歷了右手手臂和手部的自發性刺痛感。這些自發性感覺通常與軀體感覺皮層中神經元的放電同時發生。三週後，患者僅在右手經歷了這些自發性感覺；四周後，患者完全停止感知它們。大約在同一時間，皮層內微刺激開始產生觸覺，參與者報告這些觸覺起源於他的手中。*
科林格和她的同事進行了兩種不同型別的試驗，都涉及軀體感覺皮層的皮層內微刺激。在第一個試驗中，參與者在觀看螢幕上的手部圖時接受刺激。他被要求描述他經歷的感覺，並指出他感覺到的位置。參與者報告主要在上手掌和四個手指的根部感受到感覺，小指的一小部分以及食指向上三分之二處也有感覺。
在93%旨在衡量體驗到的觸覺的自然度的試驗中，參與者將感覺描述為“可能是自然的”，沒有一種感覺是“完全自然的”或“完全不自然的”。在94%衡量感覺深度的試驗中，參與者報告感覺發生在皮膚上和皮膚下。在旨在研究疼痛感知的試驗中，沒有一個試驗引起參與者的疼痛反應。在190次旨在確定體驗到的感覺質量的試驗中，他報告67%的刺激登記為壓力感，15%登記為溫暖感，另有15%登記為電刺激。在其中一項試驗中，參與者將模擬感覺為不愉快的振動。
在實驗的第二部分，研究人員將扭矩感測器的輸出對映到假肢手上的特定手指，然後將其對映到與每個手指相對應的電極。然後參與者被蒙上眼睛，並被要求報告他在哪個手指上感覺到壓力。在13個會話中，每個會話在四個手指上進行了62到65次試驗，參與者在84%的時間裡正確識別出哪個手指受到了刺激。
所有這些反應在為期六個月的研究過程中保持穩定。“我們曾希望這些是結果，但這些反應隨著時間的推移如此一致，這絕對令人驚訝，”科林格說。
這項研究回答了該領域長期存在的一個問題，即刺激軀體感覺皮層感覺如何，神經運動控制協會主席李·米勒說，他沒有參與這項研究。“我們這些在猴子身上做這類工作的人經常在我們的簡報中以這樣的話開頭，‘如果我們能問猴子它感覺如何，那當然會很好，’”米勒說。“患者將他感覺到的感覺描述為‘可能是自然的’這一事實，為這項工作的未來方向提供了見解，即使我們認識到我們已經走了多遠。”
科林格和米勒都認為，下一步是弄清楚如何結合該領域現有的發現，並基於之前的實驗，這些實驗表明猴子和人類可以學會感受虛擬物體並用他們的思想控制機械臂。
科林格和米勒都認為，下一步是弄清楚如何結合該領域現有的發現。先前的工作表明，猴子可以被訓練來感受虛擬物體，並且猴子和人類都可以用他們的思想操作機械臂。為了豐富這些知識，目前的研究增加了關於肢體喪失使用能力的人們可能如何學會再次感受的資料。
“下一個直接的步驟是整合運動控制和感覺反饋，”科林格說。
*編者注：（2016年10月13日）：本段已修改，以澄清參與者在研究期間經歷的感覺（包括自發的和電刺激引起的）。