真正神经修复假肢——感觉和行为都像真肢体的人工肢体——可能在遥远的未来。但是一项新研究的结果使这项技术向现实迈进了一步。匹兹堡大学的研究人员领导的一个团队对一名瘫痪男子的脑部进行了电刺激，使他再次感受到手部的触觉。完全再现这种感觉是神经修复学领域面临的最大挑战之一。
“对于大多数涉及物体操作的任务，你实际上依赖于触觉来引导运动——你不一定使用视觉，”匹兹堡大学物理医学与康复学助理教授，今天发表在《科学转化医学》杂志上的这项研究的合著者詹妮弗·科林格说。“你没有关于你挤压的力度，或者你需要做什么来保持稳定姿势的视觉反馈。所有这些都来自触觉。”
在这项研究中，外科医生在一名28岁男子的脑部植入了电极阵列，该男子因10年前的脊髓损伤导致颈部以下瘫痪，特别针对躯体感觉皮层，即负责触觉的大脑区域。在手术前，研究人员使用磁共振成像（MRI）和脑磁图（MEG）来确定电极的放置位置，方法是记录研究参与者想象右手不同部位的感觉时躯体感觉皮层中哪些区域被激活。一旦电极植入，研究人员就向患者的大脑输送微小的电流，这种技术被称为皮层内微刺激。
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在最初的四周期间，参与者没有检测到任何电刺激，但他经历了右手手臂和手部的自发性刺痛感。这些自发性感觉通常与躯体感觉皮层中神经元的放电同时发生。三周后，患者仅在右手经历了这些自发性感觉；四周后，患者完全停止感知它们。大约在同一时间，皮层内微刺激开始产生触觉，参与者报告这些触觉起源于他的手中。*
科林格和她的同事进行了两种不同类型的试验，都涉及躯体感觉皮层的皮层内微刺激。在第一个试验中，参与者在观看屏幕上的手部图时接受刺激。他被要求描述他经历的感觉，并指出他感觉到的位置。参与者报告主要在上手掌和四个手指的根部感受到感觉，小指的一小部分以及食指向上三分之二处也有感觉。
在93%旨在衡量体验到的触觉的自然度的试验中，参与者将感觉描述为“可能是自然的”，没有一种感觉是“完全自然的”或“完全不自然的”。在94%衡量感觉深度的试验中，参与者报告感觉发生在皮肤上和皮肤下。在旨在研究疼痛感知的试验中，没有一个试验引起参与者的疼痛反应。在190次旨在确定体验到的感觉质量的试验中，他报告67%的刺激登记为压力感，15%登记为温暖感，另有15%登记为电刺激。在其中一项试验中，参与者将模拟感觉为不愉快的振动。
在实验的第二部分，研究人员将扭矩传感器的输出映射到假肢手上的特定手指，然后将其映射到与每个手指相对应的电极。然后参与者被蒙上眼睛，并被要求报告他在哪个手指上感觉到压力。在13个会话中，每个会话在四个手指上进行了62到65次试验，参与者在84%的时间里正确识别出哪个手指受到了刺激。
所有这些反应在为期六个月的研究过程中保持稳定。“我们曾希望这些是结果，但这些反应随着时间的推移如此一致，这绝对令人惊讶，”科林格说。
这项研究回答了该领域长期存在的一个问题，即刺激躯体感觉皮层感觉如何，神经运动控制协会主席李·米勒说，他没有参与这项研究。“我们这些在猴子身上做这类工作的人经常在我们的演示文稿中以这样的话开头，‘如果我们能问猴子它感觉如何，那当然会很好，’”米勒说。“患者将他感觉到的感觉描述为‘可能是自然的’这一事实，为这项工作的未来方向提供了见解，即使我们认识到我们已经走了多远。”
科林格和米勒都认为，下一步是弄清楚如何结合该领域现有的发现，并基于之前的实验，这些实验表明猴子和人类可以学会感受虚拟物体并用他们的思想控制机械臂。
科林格和米勒都认为，下一步是弄清楚如何结合该领域现有的发现。先前的工作表明，猴子可以被训练来感受虚拟物体，并且猴子和人类都可以用他们的思想操作机械臂。为了丰富这些知识，目前的研究增加了关于肢体丧失使用能力的人们可能如何学会再次感受的数据。
“下一个直接的步骤是整合运动控制和感觉反馈，”科林格说。
*编者注：（2016年10月13日）：本段已修改，以澄清参与者在研究期间经历的感觉（包括自发的和电刺激引起的）。