在我医学院四年级的一个早晨，巴西圣保罗大学医院的一位血管外科医生邀请我参观骨科住院病房。“今天我们将和一个幽灵谈话，”医生说。“不要害怕。尽量保持冷静。病人还没有接受已经发生的事情，他非常激动。”
一个大约12岁，有着朦胧蓝眼睛和金色卷发的男孩坐在我面前。汗珠浸透了他的脸庞，扭曲成恐怖的表情。我现在仔细观察着这个孩子，他的身体因不明原因的疼痛而扭动。“真的很痛，医生；它在燃烧。好像有什么东西在压碎我的腿，”他说。我感到喉咙里哽咽，慢慢地扼住我。“哪里疼？”我问。他回答说：“在我的左脚、小腿、整条腿，膝盖以下的所有地方！”
当我掀开盖在男孩身上的床单时，我震惊地发现他的左腿缺失了一半；它在被汽车撞倒后，在膝盖以下被截肢了。我突然意识到孩子的疼痛来自于他身体中不再存在的一部分。在病房外，我听到外科医生说：“不是他在说话；是他的幻肢。”
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那时，我不知道至少有 90% 的截肢者——全球数百万——经历过幻肢：一种奇怪而错误的感受，即缺失的身体部位仍然存在并附着在他们的身体上。在某些情况下，该部位会移动；在另一些情况下，它被锁定在原位。这种幽灵般的肢体通常以弥漫性的刺痛感为特征，这种感觉遍布整个截肢肢体并有效地重建它。这些幻肢通常非常痛苦且生动得可怕。在某些情况下，它们会持续多年。
尽管科学家们仍在努力确定这种幻觉的生物学基础，但最近的研究表明，它们并非来自截肢者残肢疤痕区域发出的错误神经信号的产物。相反，大多数神经科学家现在认为，它们主要源于分布在整个大脑的神经元网络中的活动。这些网络使人能够创建自己身体的解剖图像，并将感觉附加到该身体图像上。对这种大脑表征以及它们在截肢后如何变化的研究，已经导致了幻肢综合征的新实验疗法。
痛苦的附肢
几个世纪以来，科学家、医生和普通百姓都知道幻肢。例如，在中世纪，欧洲民间传说赞美奇迹般地恢复士兵截肢肢体的感觉。
在一个可以追溯到公元四世纪的记载中，一对双胞胎试图将肢体物理地重新连接到失去手臂或腿的病人身上。据推测，截肢者在他们缺失的身体部位产生了神圣存在的感觉——大概是幻肢的结果。这对男孩后来成为天主教会的官方圣徒；祈祷纪念他们的截肢者感到他们的肢体又回来了。在 1500 年代，法国军事外科医生安布鲁瓦兹·帕雷改进了外科技术，提高了截肢者的生存率，他描述了许多从欧洲战场返回的士兵的这种现象的案例。
1872 年，美国神经学家西拉斯·威尔·米切尔创造了“幻肢”一词，用来描述在内战中受伤的士兵在他们失去的肢体中感受到的感觉。从那时起，科学家们撰写了数百个案例研究，揭示了各种表现形式。对截肢者的访谈表明，截肢前剧烈的肢体疼痛，例如，来自严重的骨折、深部溃疡、烧伤或坏疽，是之后发生幻痛的主要风险因素——就好像疼痛被铭刻在记忆中，即使其来源消失后仍然存在一样。超过 70% 的患者在手术后立即发现他们的幻肢疼痛；在许多情况下，疼痛会持续多年。
幻肢有时会执行幻肢运动。最近截肢的人甚至可能会尖叫着醒来，说他们不存在的腿“试图自己离开床在房间里走动”。然而，在三分之一的受累者中，缺席的肢体变得完全瘫痪，通常是痛苦地瘫痪——例如，嵌入冰块中，永久性地扭成螺旋状，或痛苦地钉在背部。
研究人员现在知道，幻觉感觉可以发生在任何切除的身体部位，而不仅仅是手臂和腿；失去乳房、牙齿、生殖器甚至内脏器官的人也曾有过这种感觉。例如，做过子宫切除术的妇女感觉到了幻觉的月经疼痛和类似分娩的子宫收缩。
来自幻肢的疼痛也可能非常使人衰弱。研究表明，患有这种疼痛的截肢者不太可能使用假肢，限制了他们照顾自己、拜访朋友和参加其他活动的能力。不幸的是，只有极少数这样的患者能从数十种可用的止痛疗法中找到缓解。
责怪大脑
尽管进行了数十年的调查，科学家们尚未确定这种令人不安的幻觉的生物学起源。20 世纪下半叶提出的一个早期观点来自已故神经科学家帕特里克·沃尔，当时他在伦敦大学学院。沃尔将幻肢现象归咎于截肢者残肢疤痕区域中被切断的神经纤维。这些纤维形成结节或神经瘤，被认为会通过脊髓向大脑发送错误的信号，这些信号可能被误解为缺席肢体中的刺痛或疼痛。
当医生试图通过切断通向脊髓的感觉神经、切断脊髓中的神经，甚至切除大脑中接收感觉神经束的部分来治疗幻肢感觉时，幻肢仍然存在。有时患者的疼痛暂时消失，但随后又复发。因此，许多研究人员拒绝了周围神经问题可以完全解释这种综合征的想法。
在 20 世纪 80 年代后期，麦吉尔大学的心理学家罗纳德·梅尔扎克和他的同事提出了另一种观点，即幻觉身体部位至少部分源于大脑内的神经活动。这种观点呼应了早些时候博物学家伊拉斯谟·达尔文的著作，他是一位 18 世纪的英国知识分子，也是查尔斯·达尔文的祖父，他曾经写道：“这种[幻肢]现象难道不清楚地表明，我们的想法和感觉来自我们的大脑，而不是来自我们的触觉器官吗？”
在梅尔扎克看来，大脑不仅检测来自身体的感觉信号，而且还生成自己的神经模式或神经特征，来代表身体的完整状态。这种特征将心理铭刻上身体的构造和边界感——以及身体属于个体的感觉。即使在切除身体部位后，它仍然存在，从而产生该部位仍然存在并附着在身体上的错误感知。
该理论认为，协调这种神经特征的责任落在一个庞大的神经元网络上，梅尔扎克称之为“神经矩阵”。神经矩阵包括位于头部顶端大脑表面的躯体感觉皮层和顶叶（大脑顶端和后部下方的象限）的其他区域，这些区域构建了一个人的身体形象和他或她的自我意识。此外，它还包括两条神经通路：感觉通路，通过丘脑（大脑深处的感觉中继站）将触觉信息传递到躯体感觉皮层；另一条通路穿过大脑的边缘系统，边缘系统是一组埋藏在大脑结构中的结构，控制着与幻肢相关的情绪[参见对页的方框]。
与这种理论一致的是，对神经矩阵一部分的损害可能导致部分或全部身体的所有权丧失。（它也可能导致身体完整性认同障碍[参见萨宾·穆勒的“截肢羡慕”，第 60 页]。）脑外伤或中风造成的右顶叶损伤可能导致左侧偏瘫综合征，患者对身体的整个左侧变得漠不关心。例如，这样的患者可能无法穿上衬衫的左袖或左鞋。当被问及这种行为时，这些人通常否认左臂或左腿是他们的；他们断言，他们身体右侧的对应部分属于其他人。
这种影响在某些情况下可能是短暂的——而且非常奇怪。在我被描述的一个案例中，一位 NASA 宇航员在他的第一次太空任务中驾驶飞船时，在最初的轨道上告诉他的同事“停止将他们的手伸进他的左控制面板”。他的机组人员告诉他，有问题的手是他自己的，但飞行员否认了，并宣称“左面板中的手肯定不是我的”。几个小时后，为了机组人员（和休斯顿）的安慰，飞行员突然说：“放松，伙计们。我已经在控制面板上找到了我丢失的左手！”据推测，宇宙飞船在发射过程中的加速或失重暂时剥夺了飞行员右顶叶的血液，从而产生了短暂的左侧偏瘫综合征。
修改矩阵
梅尔扎克提出，我们神经矩阵的基本结构可能在出生时就已存在，其蓝图可能铭刻在我们的基因中。这种先天性网络将解释为什么，正如梅尔扎克和他的同事在 1997 年报告的那样，幻肢或幻腿经常出现在天生没有这些身体部位的儿童身上。梅尔扎克的团队在 125 名天生没有肢体或在六岁之前被截肢的人中发现了幻肢，表明这种解剖学上的幽灵发生在约五分之一的出生时就缺少肢体的人和超过一半的幼年截肢者中。因此，即使在没有来自身体的感觉信号的情况下，人类大脑似乎也能够生成完整人体物理结构的神经图像。
然而，出生后身体结构的巨大变化——以及随之而来的神经矩阵的神经输入——会引起这种大脑网络的变化，其中一些变化可能会支持大脑在创造幻肢中的作用。顶叶中的躯体感觉皮层包含接收来自各个身体部位的输入的神经元，因此被认为产生对各个身体部位的意识感。这些神经元以地形图排列。20 世纪 80 年代，范德比尔特大学的神经科学家乔恩·卡斯和加利福尼亚大学旧金山分校的迈克尔·梅尔泽尼奇及其同事等人进行的实验表明，截肢会导致这种身体图的重组，从而使代表切除部位的大脑神经元将其忠诚度转移到相邻的身体区域。例如，梅尔泽尼奇的团队发现，猴子的中指截肢导致以前仅对该手指的刺激做出反应的大脑细胞，在几个月内转而对食指和无名指的刺激做出反应。
1993 年，约翰·查平和我表明，这种重组过程在阻断来自大鼠胡须感觉神经的冲动后立即开始，并且它发生在丘脑以及其他更深层的大脑结构以及躯体感觉皮层中。已故神经科学家蒂姆·庞斯，当时在美国国家心理健康研究所工作，他的同事们扩展了这个想法。他们发现，切断猴子整个手臂的感觉输入，促使更广泛的重组，其中曾经分配给手的神经元转而对来自面部的信号做出反应，面部在大脑地图中位于手臂旁边。1998 年，他们报告了丘脑和躯体感觉系统的脑干中继站也发生了类似的重组。
加利福尼亚大学圣地亚哥分校的神经科学家维拉亚努尔·S·拉马钱德兰和他的同事的工作表明，这种改造也发生在人类大脑皮层中手臂截肢之后。在 20 世纪 90 年代初，研究人员使用一种称为脑磁图的成像技术，该技术测量大脑中电活动产生的磁场，表明来自面部的感觉输入激活了大脑身体地图中的手部区域。
当拉马钱德兰的团队触摸截肢者面部的特定位置时，研究人员发现，感觉神经信号现在传递到躯体感觉皮层的手部区域，从而引发了他们幻肢的感觉。此外，研究人员发现，面部下部区域包含手的有组织地图，因此对面部特定点的触觉刺激会引发来自幻肢特定点的感觉。感觉类型——无论是热、冷、摩擦还是按摩——在两个位置都是相同的。
此后的其他努力已将这种大脑重组与幻肢疼痛联系起来。在 1995 年的一项研究中，德国海德堡大学的神经科学家赫塔·弗洛尔和她的同事使用非侵入性神经磁技术来检测 20 名截肢者皮质重组的程度。他们发现神经重组量与幻肢手臂疼痛程度之间存在很强的关系，这表明疼痛可能是躯体感觉皮层中这种变化的结果。
2001 年由德国图宾根大学的心理学家尼尔斯·比尔鲍默领导的一项后续研究进一步支持了这一观点。包括弗洛尔在内的科学家们使用了一种称为功能性磁共振成像的大脑成像技术，表明幻肢疼痛患者幻肢的想象运动激活了躯体感觉皮层的面部区域，但在无痛截肢者中则没有。研究人员假设幻肢疼痛是由于大脑身体地图的手和嘴区域同时激活造成的。
幽灵猎人
此后，拉马钱德兰和他的妻子，神经科学家戴安·罗杰斯-拉马钱德兰，开发了一种基于大脑身体地图可塑性的幻肢综合征的可能治疗方法。研究人员取下了一个纸板箱的顶部，并插入了一面垂直的镜子。十名手臂截肢者将他们完好的手臂插入箱子的前面，这样手臂在镜子中的反射就会覆盖幻肢的感知位置。这创造了一种视觉错觉，即幻肢已经复活。当每位患者移动他真实的胳膊时，他可以看到他的“幻肢”正在服从他的运动指令[参见维拉亚努尔·S·拉马钱德兰和戴安·罗杰斯-拉马钱德兰的“一切都用镜子完成”；大众科学·心灵，2007 年 8 月/9 月]。
六名使用镜箱的患者说，他们既能感觉到也能看到他们的幻肢在移动，产生了两个手臂现在都可以移动的印象。四名患者利用这种新发现的能力来放松和张开紧握的幻肢手，从而缓解了痛苦的痉挛。每天使用镜子进行三周的练习，使一位患者的幻肢在很大程度上消失了。当肢体的大部分消失时，幻肢肘部的疼痛也随之消失。研究人员在 1996 年报告说，视觉错觉显然纠正了触觉错觉，这表明中央视觉回路的活动可以改变拟议的神经矩阵的活动。
十年后，苏格兰格拉斯哥卡利多尼亚大学的心理学家埃里克·布罗迪和他的同事报告说，在对腿部改装的镜箱进行测试时，发现了成功的迹象。四十一名下肢截肢者在镜子中观看他们完好腿部的反射，同时移动这条腿并试图移动他们的幻肢。另外 39 名截肢者试图在没有镜子的情况下移动他们的幻肢和真实的腿。这两种努力都涉及 10 种不同的运动，每种运动重复 10 次，从而减轻了幻肢感觉，包括疼痛。尽管镜子没有增强这种效果，但与没有镜子的运动相比，它确实产生了明显更多的幻肢运动和对幻肢腿部更生动的意识。研究人员提出，长期的镜子治疗可能更有效地对抗幻肢疼痛，也许是通过逆转被认为导致幻肢疼痛的大脑持续重组。
研究人员现在正在尝试使用沉浸式三维计算机模拟——所谓的虚拟现实 (VR)——来减轻幻肢疼痛，虚拟现实可以产生类似于镜子产生的幻觉。该技术可以显示患者的整个身体，包括他或她的幻肢，并使患者能够执行手指、脚趾、手、脚、手臂和腿部的复杂运动，而镜子疗法无法实现这些运动。在 2007 年的一项初步研究中，英格兰曼彻斯特大学的心理学家克雷格·默里和他的同事让两名上肢截肢者和一名下肢截肢者接触到一个模拟，该模拟将用户的肢体运动转移到虚拟肢体的运动，虚拟肢体在虚拟环境中覆盖了他们的幻肢。所有三名参加了两次到五次 VR 疗程的截肢者都报告说，来自他们真实肢体的感觉转移到了他们幻肢的肌肉和关节上。在每种情况下，幻肢疼痛在至少一次疗程中有所减轻，这表明这种疗法可能为这类患者提供止痛效果。
大约 25 年前，在圣保罗的那个下午，当我看到那个男孩因他不再拥有的腿而尖叫疼痛时，这种治疗的可能性似乎遥不可及。如果我当时知道我现在知道的，我就能够向那个男孩保证，他所感受到的，无论多么痛苦和奇怪，都只是一种过去的神奇触觉记忆，是由一个功能正常的大脑以每一个精致而残酷的细节创造出来的——而不是可怕的诅咒。也许通过了解这一点，我的第一位病人会发现这样一个可怕和不受欢迎的生活伴侣更容易忍受。