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尽管现代假肢设备比以往任何时候都更逼真，也更容易让截肢者控制，但它们仍然缺乏触觉。患者依赖视觉反馈来操作他们的假肢——当他们看到假肢手碰到物体时，他们才知道自己碰到了物体。没有感觉，患者无法准确判断握力，也无法感知温度和纹理。
托德·库肯是西北大学的教授，也是芝加哥康复研究所神经工程人工肢体中心的主任，他领导开发了一种名为靶向神经支配的新技术，该技术可以帮助截肢者控制电动假肢手臂。他和他的团队现在希望扩大靶向神经支配的应用范围，以帮助患者恢复感觉能力。
在靶向神经支配中，附近目标肌肉（通常是胸部）的运动神经被停用。然后，截肢手臂末端的残余运动神经从残肢移植到胸部。神经会自行重塑并生长到胸部肌肉中。由于肢体截肢并不会阻止残肢中残留的神经发出信号，因此神经支配重建手术只是为信号提供了一个新的目的地。
手术后，当一个人想到移动缺失的手臂或手部的肌肉时，胸部肌肉会抽搐。电极拾取这些信号并将它们传递到电动假肢手臂，使患者能够控制多种运动功能，例如同时移动肘部和手部来投掷球。
感觉神经在这种手术后重新生长的现象是偶然发现的。第一位接受靶向神经支配手术的患者告诉库肯和其他医生，他有一种有趣的感受：当有人触摸他胸部神经重新生长的区域时，他感觉好像有人在触摸他缺失的手。他手臂残肢的感觉神经已经重新支配了他胸部肌肉上方的皮肤。他将触摸重新支配的皮肤的感觉体验为应用于他缺失的肢体。事实证明，像这样的感觉神经支配重建在手术后很常见。
库肯和他的同事目前正在探索如何利用感觉神经支配重建来构建带有手指传感器的假肢手臂，这些传感器可以将触觉信息从假肢传递到胸部，使患者能够“感觉”到他们用假肢触摸的东西。
下一步是弄清楚引导神经支配重建的机制，希望有朝一日能够引导神经的再生，以获得更精细的结果。为了更好地理解感觉神经支配重建如何影响大脑重组，库肯和他的同事保罗·马拉斯科检查了截肢和靶向神经支配重建后的大鼠大脑。在这项实验中，发表在《神经科学杂志》上，马拉斯科和库肯研究了在大鼠前肢截肢（有和没有靶向神经支配重建手术）后，躯体感觉皮层（大脑中接收和处理来自感觉器官输入的区域）发生了怎样的变化。
一组大鼠接受了前肢截肢，然后进行了靶向神经支配重建，而另一组大鼠只进行了截肢。未接受靶向神经支配重建的大鼠实际上使皮层和前爪之间的输入静默了。在十三周的恢复期后，实验人员记录了所有动物初级躯体感觉皮层中的大脑活动。马拉斯科和库肯特别感兴趣的是被称为前肢桶状亚区的区域，该区域通常处理来自截肢前爪的触觉输入。
正如预期的那样，未接受靶向神经支配重建的截肢大鼠在前肢桶状亚区的大脑活动几乎完全静默。该区域少数活跃区域的感受野位于残余肩部。
相比之下，接受靶向神经支配重建的大鼠在前肢桶状亚区显示出广泛的活动。这些大鼠活跃位点的感受野很小，并且密集地聚集在残肢的远端，并且与仅截肢大鼠残肢上观察到的大而弥散的感受野在比例上有所不同。看起来，来自重新支配皮肤的感觉输入是在缺失前爪的皮层表征内处理的。
这有助于解释为什么库肯早期的病人报告说，他感觉胸部的触摸发生在缺失的手上。他的躯体感觉皮层，特别是专门用于缺失肢体的区域，已经重组以适应新的感觉输入。来自他胸部皮肤的感觉在躯体感觉皮层的手部表征区域内被处理。
进一步的躯体感觉重组在大鼠身上也很明显。在大多数接受截肢后靶向神经支配重建的动物中，在前肢桶状亚区存在对残肢和身体其他区域（胡须、下唇和后肢）都有反应的区域（称为双重感受野）。这些大鼠中存在双重感受野，但在仅截肢大鼠中不存在，这表明邻近的大脑区域在截肢后扩展到了去神经支配的区域。空间共享使这些感觉神经即使在截肢后也能继续传输信号。
马拉斯科和库肯的研究结果为在人类靶向神经支配重建患者中观察到的感觉现象提供了重要的见解。大鼠手术后躯体感觉皮层的重组支持了以下假设：重新支配的皮肤能够充当从假肢设备到大脑处理手和肢体感觉区域的直接通信线路。这很可能是靶向神经支配提供被感知为来自截肢肢体的感觉的机制。
最终，马拉斯科和库肯希望这项实验将有助于构建更好的假肢。同时提供感觉反馈的电动假肢有可能更有效、功能更强大、更易于操作。最重要的是，它们不仅像真正的人手臂一样发挥作用，而且感觉也像真正的人手臂一样，从而使假肢能够更自然地融入患者的自我形象中。
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