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沉默“第六感”之谜

2020-04-10 10:38:32 作者:

Christina Animashaun

利维坦出版社:

与在黑暗中迷失方向且无法定位的正常人不同,患有“本体感觉缺陷”的患者在闭眼(黑暗)的情况下无法定位自己的某些部位(例如鼻子),同时,他或她也无法感觉到外界对他或她的身体的轻微触摸。这确实很奇怪——病人可以控制他或她的身体和四肢,但是他或她的外部刺激回路被中断了。

请想象以下场景:你闭上眼睛,试着走一会儿。总的来说,虽然路线有偏差,但你的基本方向和空的感觉是存在的。然而,那些缺乏本体感觉的人不能移动,甚至摔倒在地上。

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——3——被绑在国家卫生研究院临床医学中心椅子上的法国女人叫萨那,31岁。她身材娇小,棕色卷发。她面前是一张桌子,周围有12个红外摄像机,用来跟踪和记录她的动作。测试将很快开始。

桌子上有一个圆筒,顶端有一个银色的塑料球。萨那的任务是这样的:她会先摸摸自己的鼻子,然后摸摸她面前的塑料球。很简单。她也这样做了,先摸摸鼻子,然后摸摸塑料球。

然后是困难的部分。

实验室技术员让萨那闭上眼睛,然后把后者的手指放在塑料球上,然后把它移到萨那的鼻子上,最后放开,让萨那闭着眼睛继续做这个动作。

结果,塑料球的位置似乎突然从萨那的脑海中消失了。她四处摸索,双臂左右摆动。当她成功抓住塑料球时,这看起来也像是一个巧合。她甚至很难确定鼻子在脸上的位置,有几次她完全失去了位置。

“就像迷路了一样,”萨那通过翻译告诉我们。当她闭上眼睛时,她不知道自己的身体在空之间的位置。

你也可以试着看看你是否能完成这项任务。在你面前放一杯水,睁着眼睛触摸上面几次,然后试着闭上眼睛看看你是否能找到一个地方。你很有可能完成这项任务。

闭上眼睛后,我们对世界的感知和身体位置的感觉不会消失。仍然有一个看不见的标记。这种感觉被称为“本体感觉”,是对肢体位置和身体之间的位置空的感觉。像其他感官(视觉、听觉等)。),本体感觉帮助我们的大脑在世界上导航。科学家有时称之为我们的“第六感

克里斯蒂娜·阿尼玛肖恩

本体论意义不同于其他意义的一个关键方面是:本体论意义永远不会关闭,除非在少数情况下。即使我们捂住耳朵,我们也知道什么是沉默。即使我们闭上眼睛,我们也知道黑暗是什么。

萨那是世界上为数不多的感到本体会关闭的人之一。另一个是她36岁的妹妹索森,她也在2019年8月在国家卫生研究院接受了测试。结果显示她在黑暗中找不到自己的鼻子。

“在家里,”索尔森说,如果灯突然关了,她还站着,“我很难找到椅子坐下。”这种感觉不仅难以想象,也难以描述。“就像有人蒙住你的眼睛,让你转几圈,然后让你朝某个方向走。在最初的几秒钟里,你根本分不清东、西、北和南的区别。”你一点方向感都没有。

出于个人隐私的原因,我不能透露这两姐妹的姓氏。他们两个都有另一个奇怪的特征:他们不能感知许多被触摸的东西。“即使我睁着眼睛触摸球,我也感觉不到它的存在,”索森说。

在所有的感官中,触觉和本体感觉可能是我们所知最少的。然而,在过去的十年里,神经科学家在这两种感觉工作方法的研究上取得了重大突破。这一随访也将帮助我们为截肢患者提供更好的疼痛缓解方法和假肢装配程序。我们也可以利用这些研究对出生意味着什么以及身体如何体验世界有更全面的理解。

萨那、索尔森和其他有类似症状的病人是科学家研究触觉和本体感觉的理想对象。他们的肌肉和大脑没有任何异常,除了他们缺少一个微小但重要的东西:一个分子大小的受体,它作为一个入口,通过它身体的力量进入神经系统并上升到意识的水平。这个传感器被称为“压电2”,仅在10年前才被发现。

这两姐妹缺失的分子很可能使她们失去本体感受系统的“眼睛”,也导致她们的皮肤无法识别特定的触感。

在视频中,一个天生没有压电陶瓷的女人,当她的眼睛被遮住时,无法找到她面前的物体。视频和研究结果首次发表在《新英格兰医学杂志》上。这位妇女是美国国家卫生研究院临床医学中心发现并测试的第一批压电2缺失患者之一。新英格兰医学杂志

缺少压电2的病人非常罕见,只有18例被美国国家卫生研究院临床医学中心和他们在世界各地的同事证实。前两个病例发表在2016年新英格兰医学杂志上。“这两个病例的重要性相当于第一个盲人和第一个被人类确认的聋人,”亚历山大·切斯勒说,他是国家卫生研究院临床医学中心负责萨那、索森和其他人的神经科学家。“根据我们当时对压电2分子的了解,我们认为这些病人没有触觉。”

(www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1602812)

有这种症状的病人很难控制自己的身体,尤其是当他们的视力受到阻碍的时候。此外,这种罕见遗传疾病的症状经常被误诊或多年无法诊断。

通过对这些案例的研究,神经科学家已经能够探索触觉和本体感受系统的基本功能,并理解大脑无与伦比的适应性。

小分子,大力量

研究之门

卡斯滕·波尼曼是一名侦探,研究神经医学的奥秘。当孩子有一些难以诊断的神经症状时,他会扑上去“解决”这些未解决的病例。“我们正在寻找无法解释的东西,”国家神经疾病和中风研究所的儿科神经科学家说。

2015年,波尼曼去卡尔加里检查一名患有奇怪疾病的18岁女性。她能走路——她在7岁左右学会了走路——但只能通过看她的脚。如果她站着时闭上眼睛,她会摔倒在地上。就像她的视力有能力打开一个秘密开关。当开关打开时,她可以控制她正在看的身体部位。一旦看不见,她的身体就失去了控制。

“当我检查她的时候,我意识到她没有本体感觉,”波尼曼说。当她闭上眼睛时,她感觉不到医生轻轻地移动她的手指。然而,这种知觉的丧失不仅发生在她的手指关节。肘部、肩部、臀部,任何她感觉不到的身体关节运动。

虽然本体感觉不在我们的意识系统中,但它仍然扮演着重要的角色。霍华德·休斯医学研究所研究本体感觉的神经科学家亚当·哈特曼说:“如果你想以一种协调的方式运动,你必须知道自己身体的位置。”。“你可以盯着自己的四肢,但这意味着你看不到其他任何东西。”有了本体感觉,我们的眼睛可以聚焦在身体以外的东西上。

为了找出这种症状的原因,波尼曼的团队开始对这名妇女的整个基因组进行测序,发现负责触觉传感器“压电2”的基因发生了突变。2015年,压电2仍然是科学界的新事物。

现场科学

在此之前,科学家早就知道各种特殊的神经在我们对外界的感知中起着重要的作用。如果神经是将信息从外部世界传递到我们大脑的导线,那么这些感受器就是开关——生物机器的第一个齿轮,人体——电信号就是在这里产生的。

压电2的里程碑式发现诞生于杰斯克的利普斯研究所,多年来研究人员一直用小玻璃探针刺激细胞。(当压电接收器受到刺激时,它会释放一个小电流。压电在希腊语中是“压力”的意思。研究人员发现了两种类型的受体:压电1和压电2。当含有这两种受体的细胞伸展时,受体打开,允许外部离子进入细胞并释放电脉冲。

压电1和我们内置的血压监测系统以及其他依靠压力传感的内部系统。进一步的研究表明,压电2是一种对触觉和本体感觉都非常重要的分子。这是一扇大门,机械力可以通过它进入我们的意识。

(www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27797339)

2015年,科学家们刚刚开始研究压电2对老鼠的影响,更不用说对人类的影响了。波尼曼不得不自己研究相关内容,然后回到马里兰州贝塞斯达的国家卫生研究院临床医学中心。波尼曼给切斯勒发了一封电子邮件,切斯勒正在研究通过基因编辑切断压电2基因的老鼠。波尼曼向切斯勒描述了加拿大病例和另一个病例(圣地亚哥的一名8岁女孩),两人都证实了压电2基因发生了突变。

“这封邮件让我兴奋得从椅子上跳了起来,并立即跑到了波尼曼的办公室,”切斯勒说。“我没有机会让老鼠描述它的生活和经历。我甚至不能问问题。”

人类接触的秘密已经被解开了。

萨那和索尔森,像波尼曼的第一个病人一样,生来就有导致压电2失败的基因突变。这导致他们终身本体感觉、触觉和运动障碍。这两个女人只能走一点路,只能像正常人一样用电动轮椅四处走动。然而,他们都没有任何特殊的照顾,独自生活。萨那是一名临床心理学家,而索尔森是一个残疾儿童营地的负责人。

他们从未体验过有本体感觉的生活,甚至难以描述他们失去的感官。“我甚至没有很好的控制力,因为我一直都是这样,”萨那说。

——8——伊南·沃特曼,《本体感觉的丧失》。能说会道的手

在医学历史文献记载的少数本体感觉缺陷病例中,最著名的是伊恩·沃特曼。英国男性负责触觉和本体感觉的神经元因感染而衰竭。结果,虽然他的颈部下部仍然可以移动,但他没有任何知觉或本体感觉。神经科学家乔纳森·科尔在沃特曼的医疗记录中写道,这是一个“没有四肢的监狱”。

沃特曼显然知道他的神经受到了损伤,但是萨那和索尔森直到大约一年前接受测试时才知道他们的问题是什么。他们的压电2基因突变的测试结果是阳性的,而波尼曼和切斯勒当时正在研究压电2在人体内的功能,所以萨那和索森进入了这两位神经科学家的研究。到目前为止,研究人员已经发现了12例压电2受体故障。

触摸是一种非常复杂的感觉,因为它有各种各样的形式,每种形式都依赖于稍微不同的神经系统和受体系统。

只要想想那些我们能感觉到的东西,就能激发一种敬畏感。“如果我们中的一个人走到你身后,拨弄你的头发,你马上就会知道,”切斯勒说。"这是最惊人的生物机制之一."

我们通过身体获得的各种感官信息在很多方面都比我们的眼睛、耳朵和嘴巴更加多样化。

例如,冷、热的感觉和轻微触摸的感觉涉及不同的神经,所用的感受器也不同。(其中一些我们最近才发现。)疼痛、瘙痒和压力涉及不同的神经和受体。此外,还有一些触觉依赖于环境。想想这种情况:你穿t恤的时间越长,它对你身体的影响就越弱;晒伤后穿同样的t恤可能会突然感到难以忍受的疼痛。

(www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4843893/)

研究之门

没有压电2,萨那和索尔森姐妹将无法感觉到轻微的触摸,尤其是他们的手和手指。索尔森告诉我,当她把手伸进钱包后,“当她觉得手里有东西时,她就把它拿出来,结果发现空什么都没有。”她不能感知物体或知道自己手的位置。因此,如果她不盯着钱包,它很可能像一个黑洞

然而,两姐妹会感到冷和热,也会感到压力,也会感到疼痛。值得注意的是,他们也能感觉敏锐。

索尔森的爱好是锐利的射击(“释放压力”),一个锋利的矩形物体被安装在武器的扳机上。这样,当她的手指接触到锋利的边缘时,她可以感觉到并扣动扳机。

刺痛感一定是通过除压电2以外的受体进入神经系统的。“当你感到刺痛时,我们无法在分子水平上确切理解是什么激活了相关的神经元,”切斯勒说。

这非常令人惊讶。在2019年,踩乐高积木造成的剧烈疼痛如何进入我们的神经系统仍然是一个问题。

压电2缺失的病人可以感觉到刺痛,但他们不能感觉到另一种触觉异常性疼痛。这种疼痛意味着在正常情况下愉快的轻微触摸感也变得疼痛。(在实验室里,研究人员用辣椒素擦拭皮肤,辣椒素是辣椒中的刺激性化学物质,产生这种触觉异常性疼痛。)

另一个谜是,缺少压电2的病人可以感觉到头发被触摸的皮肤,例如手臂上的皮肤,但奇怪的是,他们似乎感觉不到一根头发的运动。“我们不知道为什么,”切斯勒说。这意味着神经科学还没有完全理解感官是如何在体内产生的。

正是这些研究成果带来了许多实际应用,即治疗疼痛的新方法。科学家们希望下一步将是识别给身体带来生理感觉的各种受体,然后学会在引起疼痛时增强或关闭它们。

“这是每个疼痛研究者的梦想,”切斯勒说。“我们用来研究疼痛的这些方法仍然相当粗糙。我们能摆脱这些相对低级的方法,从更系统的角度来理解疼痛问题吗?”提升认知方式具有重要意义。例如,如果一个人不知道与刺痛相关的受体,他当然不能设计药物来关闭这种受体。

本体感觉之谜

触摸非常复杂,但本体感觉可能比触摸更复杂。然而,在研究本体感受的过程中,研究者也可能发现并应用远远超出人体范畴的东西。

人体所有肌肉的深处都有一种叫做肌梭的纤维。这些纤维和神经束记录肌肉拉伸。是的,你会在紫色萼肌束的神经末梢发现压电2。当肌肉的这一部分被拉伸时,其他肌肉会收缩,然后peizo2会将所有这些信息传送到脊髓,以确定肢体的位置。

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令人惊讶的是,我们身体的每一块肌肉都一直在释放这样的信息。神经系统以某种方式处理大量数据,没有意识的参与。如果这种信息的处理需要有意识的参与呢?你肯定会因为信息超载而发疯。

想想坐直。当坐直时,背部的所有肌肉必须释放正确的信息,以确保脊柱的所有骨骼对齐。那些缺乏压电2的病人不能做到这一点。他们坐着的时候是脊柱侧凸,因为他们的背部肌肉不会向大脑发送信息来对齐脊柱中的所有骨骼。(我听说这些病人中的许多人在出生前在母亲的子宫中有异常的胎位,或者在出生时有髋关节移位——这是本体感觉缺乏引起的基本问题。)

没有本体感受提供的基本输入,萨那和索尔森必须努力集中精神,以免迷失方向。萨那说,有时候,只是把头发飘在眼前会让她失去位置感。如果有人离她的脸太近,挡住了周围的视线,类似的情况也会发生。这意味着如果她想亲吻别人,她必须非常努力地集中注意力。

大脑是如何如此容易地整合所有本体感受信息源的?这仍然是一个相当大的谜。

“最令人惊讶的是,大脑在处理这种信息时相当灵活,”霍华德·休斯医学研究所专攻本体感受研究的神经科学家亚当·汉特曼说。“你可以让我拿起这个杯子说,‘用一种你从未用过的方式’。对我来说,我可以把我的手倒过来,放在背后,然后拿到杯子,而不需要任何练习。我以前从未这样做过,但现在不用练习我就能轻松做到。”

此外,这项研究中仍有许多优雅的“并发症”,科学家们尚未对其进行彻底研究。

科学家通常认为触摸和本体感觉是不同的系统。“但是这两种感觉在某种程度上是重叠的,”哥伦比亚大学研究本体感觉的神经科学家乔莉恩·德·努瓦说。皮肤中的传感器帮助我们掌握四肢的位置。“当你走路时,你迈出的每一步都会激活你脚上的所有压力感受器,”她说。这给出了身体的大脑位置信息。

我们的感觉系统有很多很多的输入,这些输入给我们反馈并告诉大脑身体在做什么。“了解这些大脑是如何工作的——它使用哪种算法来构建和使用这些模型——有助于我们构建更好的机器,”汉特曼说。

尤其重要的是,研究人员可以制造出更好的由病人神经系统直接控制的假肢。“目前,这种机器具有非常强大的功能,可以从大脑获取信号并驱动假肢运动,”他说。“但是我们还没有能够从假肢上获得感官反馈信息,也就是说,我们还没有能够形成一个闭环,完美地完成整个工作。”

大脑还会做另一件涉及本体感觉的事情,研究者非常想知道:它如何弥补信息的缺乏?就像萨那和索森的情况一样。

大脑能做的最重要的事情

肌肉束和其他神经末梢解释了本体感觉在体内是如何工作的,但更奇怪的是这种感觉是如何在我们的头脑中出现的。

我一直在想当我闭上眼睛伸手去拿东西时会发生什么。我面前的桌子上有一个玻璃杯。我闭着眼睛也能抓住它。我试图集中精力思考玻璃在空之间的位置,并剖析了这个想法:我此刻到底在经历什么?

男高音

这有点像描述白日梦。你知道玻璃在那里,看起来很真实,但它没有任何形式。“这就是意识,”斯克里普斯研究所的神经科学家阿尔登·帕塔普提安说,他的实验室是第一个发现压电受体的实验室。他说意识的某个物理方面在某种程度上是由本体感觉决定和塑造的。

在描述这个故事的过程中,我逐渐想象出在大脑中创造意识的过程,就像一个巫师或魔术师在搅拌药物一样。巫师从我们的身体中获取诸如触觉、温度和关节感觉等感官输入,将它们与我们的思想、感觉、记忆和对世界的预测混合在一起,然后将它们投入坩埚中以产生意识。一个完整的自我意识是从这些不连续的部分中产生的,并且大于后者的总和。

然而,即使缺乏某种成分,最终获得的“意识”药物也不一定会失败。萨那和索尔森都缺乏来自压电传感器的信息,但他们的大脑仍然使用其他组件来弥补信息的缺乏。他们的意识和其他人没有什么不同。

切斯勒认为姐妹们的大脑仍然可以产生身体的图像。然而,他们必须使用其他输入,如视觉或其他感觉,如冷,热或疼痛。

正如盲人通常有敏锐的耳朵一样,萨那和索尔森会用他们的其他感官来弥补本体感觉的缺失。萨那说,当她闭着眼睛伸手去拿桌上的圆筒时,她会试着感受附近的温度变化。她记得触摸球时变冷的感觉,所以她想找到温度较低的地方。

“他们的大脑缺乏我们习惯的本体感受信息,所以他们如何构建身体图像?这个问题是与本体感受相关的最重要的问题之一,”切斯勒说。"我希望我的实验室能在未来几年内真正开始解决这个问题。"

然而,人类的大脑必须有难以置信的灵活性,你不需要花很大力气去测试。

“你已经习惯了你的身体,”索尔森说。“你也学会了如何处理你得到的所有材料。”

文/布莱恩·雷斯尼克

翻译/乔奇

校对/兔子的一瞥

original/www . vox . com/the-highlight/2019/11/22/20920762/property ception-第六感

本文基于《知识共享协议》,由乔奇在《利维坦》中发布。

这篇文章只是作者的观点,不一定代表利维坦的立场。

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