在人类大脑深处存在着精确的身体地图,不同区域对应着不同的身体部位——手掌、嘴唇、足部等等。但当某个肢体被截除后,这张地图会发生什么变化?
过去数十年来,神经科学界普遍认为截肢会导致大脑体感皮层发生大规模重组,邻近部位会接管缺失肢体原本占据的脑区。这种大脑可塑性理论被奉为解释成人神经可塑性的核心范式。
由剑桥大学与匹兹堡大学联合开展的《自然·神经科学》发表的研究彻底颠覆了这一传统认知。研究人员采用创新方法,与英国国家医疗服务体系(NHS)外科医生合作,跟踪监测了三名因癌症或严重血液循环障碍接受挽救性手臂截肢的成年患者。通过术前及术后长达五年的功能性磁共振成像(fMRI)扫描,捕捉到了前所未有的脑部变化数据。
实验中要求受试者进行手指敲击、脚趾蜷缩、嘴唇收缩等动作,构建了完整的脑区激活图谱。术后研究人员特别要求患者进行"幻肢运动"——这个独特的实验设计让研究团队首次在同一受试者身上直接对比截肢前后的大脑手部区域变化。
研究发现,所有受试者的大脑手部皮层地图在截肢后保持惊人稳定,面部等相邻区域并未像传统理论预测的那样侵占原手部脑区。这种神经稳定性完美解释了为何超过80%的截肢者能持续感受到幻肢存在。
针对困扰多数患者的幻肢疼痛现象,研究揭示了全新的致病机制。传统认为这种灼烧感、刺痛或瘙痒源于大脑地图紊乱,但研究显示真正的元凶是手术切断的神经形成纠缠瘤团后异常放电。这解释了为何镜像疗法、虚拟现实训练等"修正大脑地图"的疗法在临床试验中始终无法超越安慰剂效果。
新发现为开发下一代神经修复技术指明方向。通过直接对接大脑中保留的肢体地图,侵入式脑机接口设备可解码运动意图,或通过电刺激激活缺失肢体的感觉反馈。目前已有新型截肢手术技术正在研发,旨在维持神经信号传输的稳定连接,这将显著提升假肢控制的自然度与舒适度。
这项突破性研究证实,大脑拥有强大的身体表征韧性——即使失去感官输入,原有的神经地图依然长期存在。这对数千万截肢者既是挑战也是机遇:幻肢疼痛可能持续存在,但保留的神经地图也为未来科技修复肢体功能提供了现成的生物接口。
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