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沉默“第六感”之谜

发布时间:2020-04-13 06:43

  和一个正常人迷失在黑暗中无法定位不同,“本体感受缺失”的患者无法在闭眼(黑暗)的条件下定位自身的某些部位(比如鼻子),同时,他(她)也无从感受外界对于其身体的轻微触碰。这的确十分古怪——患者可以支配他(她)的身体以及四肢,但其外界刺激回路中断了。

  请想象以下场景:你闭眼试着走一段路,一般情况下,虽然路线有所偏离,但你的基本方向和空间感是存在的。而本体感受缺失者却寸步难行,甚至跌倒在地。

  绑在美国国家卫生研究院临床医疗中心椅子上的法国妇女叫萨娜(Sana),今年31岁。她身材娇小,留着一头棕色卷发。她的面前是一张桌子,周围则环绕着12台红外照相机,追踪记录她的一举一动。测验马上就要开始。

  桌子上放着一只圆筒,顶部是一个银色塑料球。萨娜的任务是这样的:她要先碰一下自己的鼻子,然后再碰一下面前的塑料球。很简单,她也照做了,先碰了鼻子,又碰了塑料球。

  实验室技术人员让萨娜闭上眼睛,然后把后者的手指放在塑料球上,接着移回萨娜的鼻子,最后放手并要求萨娜继续闭着眼自己再做一遍这个动作。

  结果,塑料球的位置好像突然从萨娜的脑海中消失了一样。她四处摸索,胳膊左右大幅摇摆。等到她成功抓到塑料球时,看上去也完全像是碰巧。她连定位自己脸上的鼻子都有困难,好几次都完全找不对位置。

  “那种感觉就像是迷路了一样,”萨娜通过翻译告诉我们。她眼睛闭着的时候,根本不知道自己的身体在空间里的位置。

  你也可以自己试试,看看能不能完成这个任务。面前放一杯水,睁着眼睛触碰顶部几下,然后试着闭上眼睛试试还能不能找到位置。你很有可能还是能够完成这个任务的。

  我们闭上眼睛后,对世界的感知和身体的位置感并不会消失,仍旧有一种看不见的印记。这种感官叫作“本体感觉”,是一种对四肢位置和身体空间位置的意识。和其他感官(视觉、听觉等)一样,本体感觉也有助于我们的大脑导航世界。科学家有时也称其为我们的“第六感”。

  本体感觉在一个关键方面与其他感官存在差异:本体感觉永远不会关闭,只有极少数案例例外。即便捂住耳朵,我们也知道什么是寂静;即便闭上眼睛,我们也知道什么是黑暗。

  萨娜是这个世界上极少数几个本体感觉会关闭的人之一。另一个是她36岁的姐姐索森(Sawson),2019年8月,索森也在美国国家卫生研究院接受测试。结果表明,她也没法在黑暗中定位自己的鼻子。

  “在家里的时候,”索森说,如果突然关了灯,而她正站着,“我就很难找到椅子坐下来。”这种感觉不但很难想象而且也很难描述。“就好像有人把你的眼睛蒙着,又让你转了几个圈,再让你朝某个方向走。刚开始的那几秒,你根本分不清东西南北,”完全没有方向感。

  出于个人隐私方面的考虑,我在此不便透露这两姐妹的姓氏。她们俩还都拥有另一个古怪特征:触摸的很多东西都无法感知。“哪怕我睁着眼睛触碰小球,都感觉不到它的存在,”索森说。

  在所有感官中,触觉和本体感觉很可能是我们了解最少的。不过,过去的十年里,神经科学家对这两种感官工作方式的研究已经取得了重大突破。这后续也有助于我们为截肢患者提供更好的止疼手段和义肢安装方案。我们也能借助这些研究更全面的了解生而为人的含义,以及身体对这个世界的体验。

  萨娜、索森以及其他一些有类似症状的病人是研究触感和本体感觉的科学家的理想被试。他们的肌肉和大脑都没有什么异常,只是缺少了一件虽然微小但意义重大的事物:一种分子大小的感受器,它的作用就像是一个入口,身体力量通过它进入神经系统并上升到意识层面。这种感受器叫作“piezo2”,10年前才为我们所发现。

  两姐妹缺失的这个分子很有可能让她们失去了本体感觉系统的“眼睛”,还导致她们的皮肤无法识别特定触感。

  视频中,一名生来就没有piezo2的女性在眼睛被蒙住的情况下找不到面前的物体。该视频和研究结果首先发表在《新英格兰医学期刊》上。这名女性是美国国家卫生研究院临床医疗中心发现并展开测试的第一批piezo2缺失病人之一。© New England Journal of Medicine

  缺少piezo2的病人非常罕见——美国国家卫生研究院临床医疗中心以及他们遍布全球的同行目前只证认了18例。第一批两个案例的相关情况发表在2016年的《新英格兰医学期刊》(New England Journal of Medicine)上。“这两个病例的意义就相当于人类确证的第一个盲人、第一个人聋人,”美国国家卫生研究院临床医疗中心负责萨娜、索森等人的神经科学家亚历山大·切斯勒(Alexander Chesler)说:“根据我们当时对piezo2分子的了解,我们认为,这些病人没有触觉。”

  出现这种症状的病人很难控制自己的身体,视线被遮挡的时候情况尤为严重。并且,这类罕见遗传疾病的症状经常被误诊,或者多年无法确诊。

  通过这些病例的研究,神经科学家得以探索了触觉和本体感觉系统的基本功能,了解了大脑无与伦比的适应能力。

  卡斯滕·波尼曼(Carsten Bönnemann)是一名调查神经医学之谜的侦探。当孩子们出现了一些难以诊断的神经症状时,他就会扑上来“侦破”这些悬案。“我们寻找的是一些无法解释的东西,”这位国家神经疾病和卒中研究所的小儿神经科学家说。

  2015年,波尼曼就因为一个病例前往加拿大卡尔加里,检查一名患有奇怪疾病的18岁妇女。她可以行走——她在7岁左右才学会走路——但只有看着脚才能做到。如果站着的时候闭上眼睛,她就会摔倒在地。就像是她的视线拥有一种开启秘密开关的能力,开关打开后,她就能控制她自己看着的那部分身体。一旦脱离了视线,她的身体就不受控制了。

  “我在给她做检查的时候,意识到她没有本体感觉,”波尼曼说。她闭着眼睛的时候,感觉不到医生轻轻地移动她的手指。然而,这种丧失感知能力的现象不止出现在她的手指关节处。肘部、肩部、臀部,任何身体关节的移动她都感觉不到。

  虽然本体感觉并不在我们的意识系统内,但它仍然起到了一种至关重要的功能。“如果你要以协调的方式运动,就必须时刻掌握身体的位置,”在霍华德·休斯医学研究所从事本体感觉研究的神经科学家亚当·哈特曼(Adam Hartman)说:“你可以眼睛盯着四肢,但那就意味着看不到其他东西了。”有了本体感觉,我们的眼睛就能关注身体之外的事了。

  为了弄清楚这个症状出现的原因,波尼曼的团队对这位女性的整个基因组展开了测序工作,结果发现,负责一个名为“piezo2”的触觉感受器的基因发生了突变。2015年,piezo2在科学界还是一个新鲜事物。

  在那之前,科学家们早就知道各类特殊神经都在我们感知外部世界的过程中扮演了重要角色。如果说,神经是把来自外部世界的信息传输到我们脑海中的导线,那么这些感受器就是开关——人体这部生物学机器的第一齿轮——是产生电信号的地方。

  有关piezo2的里程碑式发现诞生于斯克利普斯研究所中,那儿的研究人员多年以来一直在用小玻璃探针刺激细胞。(piezo感受器受到刺激时,会释放出一小股电流。Piezo在希腊语中就是“压”的意思。)研究人员发现了两种感受器:piezo1和piezo2。含有这两种感受器的细胞拉伸时,感受器就会打开,让外部离子进入细胞,并且释放出电脉冲。

  Piezo1与我们身体内置的血压监测系统以及其他依赖压力传感的内部系统。进一步的研究表明,piezo2是一种对触觉和本体感觉都非常重要的分子,是一扇大门,只有过了这道门,机械力才能出发前往我们的意识。

  2015年的时候,科学家才刚刚开始研究piezo2对小白鼠产生的影响,更不用说人了。波尼曼不得不自行研究相关内容,并且回到了位于马里兰州贝塞斯达的美国国家卫生研究院临床医疗中心。波尼曼给切斯勒发了一封电子邮件,后者当时正在研究通过基因编辑剪除piezo2基因的小白鼠。波尼曼向切斯勒描述了那个加拿大病例以及另一个病例(圣地亚哥的一名8岁女孩)的情况,她俩都已经确证piezo2基因发生了突变。

  “那封邮件让我兴奋得从椅子上跳了起来,立马跑到波尼曼的办公室,”切斯勒说,“我根本没有机会请小白鼠描述一下它的生活、它的体验,我连问问题都做不到。”

  萨娜和索森与波尼曼的第一个病人一样,生来就带有一种导致piezo2失效的基因突变。这给她俩造成了终身的本体感觉、触觉以及运动障碍。这两位女性自己只能稍微走走路,要想像正常人那样到处转转只能借助电动轮椅。不过,她俩都没有人特别看护,都是独自生活。萨娜是一名临床心理医生,而索森则是一个残疾儿童营地的负责人。

  他们根本就没有体验过拥有本体感受的人生,甚至连描述他们缺失的感官都有困难。“我连好的对照物都没有,因为我一直就是这个样子,”萨娜说。

  医学史文献记载的少数几例本体感受缺失病例中,最有名的就是伊安·沃特曼(Ian Waterman)。这名英国男性负责触觉和本体感受的神经元因感染疾病而失效。后果就是,他的颈部以下部分虽然还能运动但没有任何知觉或本体感受。这是一间“没有四肢的监狱,”神经科学家乔纳森·科尔(Jonathan Cole)在沃特曼的病历中如此写道。

  沃特曼显然清楚地知道自己神经受损,但萨娜和索森始终都不知道自己有什么问题,直到大约一年前接受测试才了解情况。那次针对她俩piezo2基因突变的测试结果呈阳性,而波尼曼和切斯勒当时正在研究piezo2在人体中的功能,于是,萨娜和索森就进入了这两位神经科学家的研究。截至目前,研究人员已经发现了12个piezo2感受器失效的病例。

  触觉是一种非常复杂的感官,因为它有各种形式,每一种都仰仗稍有不同的神经系统和感受器系统。

  光是想想我们能够感受的那些事物就能腾起一股敬畏感。“假如我们中有人走到你的背后,拨弄一下你的头发,你马上就会知道,”切斯勒说,“这算得上最为神奇的生物学机制之一。”

  我们通过身体获得的各种感官信息在很多方面都要比从眼睛、耳朵和嘴巴获得的更加多样。

  例如,冷和热的感觉与轻微触碰的感觉涉及不同神经,使用的感受器也不同。(其中有些我们近来才发现。)疼痛、瘙痒和压力涉及的神经和感受器也不同。此外,还有一些触觉取决于环境。想想这个情况:你穿某件T恤的时间越久,它轻触你身体的感觉引起的相关意识就越弱;在晒伤之后穿同样这件T恤可能又突然觉得疼痛难忍。

  没有了piezo2,萨娜和索森两姐妹就无法感知轻微触碰,尤其是作用在她们双手和手指上的那些。索森告诉我,她把手伸进钱包后,“觉得手上拿到了东西就把手抽出来,结果却发现空无一物。”她无法感知物体,也不知道自己双手的位置。因此,如果她不盯着钱包看的话,它就很可能像是黑洞一样。

  不过,这两姐妹可以感受冷和热,也能感知压力,对疼痛也有感觉。值得注意的是,她们还能感受到尖锐。

  索森的爱好是锐器射击(“为了释放压力”),并且在武器的扳机上装了一个边缘尖锐的长方形物体。这样一来,当她的手指碰到这个尖锐边缘时,就能感觉到并扣下扳机。

  那种刺痛的感觉肯定是通过piezo2以外的感受器进入神经系统的。“我们无法从分子层面上理解究竟是什么在你感到刺痛时激活了相关神经元,”切斯勒说。

  这很是令人惊讶。踩到乐高积木造成的剧烈疼痛感究竟如何进入我们的神经系统,这在2019年竟然还是个问题。

  Piezo2缺失的患者可以感受到那种刺痛,但他们无法感受到另一种触觉异常性疼痛(tactile allodynia)。这种疼痛是说,正常情况下令人愉悦的轻微触碰感觉也变得痛苦起来。(实验室里,研究人员用辣椒素擦拭皮肤以产生这种触觉异常性疼痛,而辣椒素就是辣椒中的辛辣化学物质。)

  另一个谜团是:缺少piezo2的患者能够感受到带有毛发的皮肤被轻抚,比如手臂上的皮肤,但奇怪的是,他们似乎感受不到单根毛发的运动。“我们不清楚这是为什么,”切斯勒说。这就是说:神经科学还没有完全弄清楚感官是怎么在身体中产生的。

  正是这些研究成果带来了诸多实际应用,也就是治疗疼痛的新方法。ag8娱乐,科学家希望下一步能识别给身体带来物理感官的各种感受器,然后或是学着增强它们,或是在引起疼痛的时候关闭它们。

  “这就是每个疼痛研究者的梦想,”切斯勒说,“我们现在研究疼痛的这些方法还相当粗糙,未来可以摆脱这些相对低级的方式,从更有体系的角度理解疼痛这个问题吗?”认识方式的升级意义重大,例如,如果不知道与刺痛有关的感受器,当然就无法设计出关闭这种感受器的药物。

  触觉很是复杂,但本体感受可能比触觉还要复杂。不过,在研究本体感受的过程中,研究人员可能还会得到远超人体范畴的发现和应用。

  人体所有肌肉的深处都是一种叫作“肌梭”的纤维。这些纤维和神经束记录着肌肉伸展情况。没错,你会在紫萼肌肉束的神经末梢上找到piezo2。这部分肌肉伸展时,其他肌肉就会收缩,接着peizo2就会把所有这些信息传输到脊髓上以确定四肢的位置。

  我们身体中的每块肌肉无时无刻不在释放这类信息,堪称神奇。神经系统在没有意识参与的情况下,通过某种方式处理了大量数据。要是这些信息的处理需要意识的参与会怎么样?你肯定会因为信息过载而发疯。

  就想想坐直这个动作吧。坐直时,背部的所有肌肉都必须释放正确的信息以保证脊椎所有骨头排列成直线的病人就做不到这点。他们坐着时脊柱侧凸,因为他们的背部肌肉不会发出信息告诉大脑让脊椎所有骨头排成直线。(我听说,这些病人中有许多出生前在母亲子宫里就有胎位不正的情况,或者一生下来就有髋关节移位的问题——这就是本体感受缺失带来的基础性问题。)

  缺少了本体感受提供的基本输入,萨娜和索森必须努力集中精神才能避免迷失方向。萨娜说,有的时候,只是头发飘到眼前都能让她丢失身体的位置感。如果有人离她脸庞太近,挡住了周边视线,也会出现类似的情况。这就意味着,如果她想亲吻别人,就要极度努力地集中注意力。

  大脑如此轻松地把所有本体感受信息源整合到了一起,它是怎么做到的?这仍然是一个相当大的谜团。

  “最神奇的地方是,大脑对这些信息的处理相当灵活,”霍华德·休斯医学研究院专事本体感受研究的神经科学家亚当·汉特曼(Adam Hantman)说,“你可以要求我伸手拿这个茶杯,并且说,‘用你之前没用过的方式’。而我呢,可以在完全没有事先演练过的前提下,双手上下颠倒、放到背后并且够到茶杯。我这辈子之前绝对没有做过这个动作,现在却可以不加演练地轻松做到。”

  科学家普遍把触觉和本体感受视作不同系统。“但这两种感官在某种程度上是重叠的,”哥伦比亚大学研究本体感受的神经学研究者若日尼·德努伊基(Joriene De Nooij)说。皮肤中的感受器有助于我们掌握四肢的位置。“行走时,你每迈一步,脚上的所有这些压力感受器都会激活,”她说。这就给大脑传递了身体的位置信息。

  有很多很多的输入进入我们的感官系统,它们给予我们反馈并且告知大脑身体在干什么。“了解这些大脑工作机制——它用何种算法建立这些模型并加以利用——有助于我们建造更好的机器,”汉特曼说。

  尤为重要的是,研究人员可以借此制造由患者神经系统直接控制的更好的假肢。“目前,这类机器从大脑中获取信号并且驱使假肢运动的功能已经非常强大,”他说,“但我们现在还没能做到从假肢拿回感官反馈信息,也就是没能形成闭环,完美地结束这整件工作。”

  大脑还会做另一件涉及本体感受且研究人员极其想要了解的事:它是如何做到补偿信息缺失的?就比如萨娜和索森案例中碰到的那样。

  肌肉束和其他神经末梢解释了本体感受在体内的工作方式,但更为奇怪的是这种感官如何在我们脑海中显现。

  我一直在思考闭上眼睛伸手够物件时会发生什么。我面前桌子上有一个玻璃杯,哪怕闭着眼睛我也能抓住它。我努力集中注意力思考玻璃杯在空间中的位置,并且剖析这番思绪:此时此刻我到底经历了什么?

  这有点像是在描述一场白日梦。你知道玻璃杯就在那儿,似乎也很真实,但不具有任何形式。“这就是意识,”斯克利普斯研究所神经科学研究员阿德姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian),他的实验室率先发现了piezo感受器。他表示,意识的某个物理方面在一定程度上由本体感受决定和塑造。

  在描绘这个故事的过程中,我渐渐把大脑创造意识的这个过程想象成搅拌药剂的巫师或魔术师。这个巫师从我们的身体中拿走像触感、温度、关节感受这样的感官输入,同我们的思绪、情感、记忆以及对世界的预测混合在一起,然后再扔到坩埚里产生意识。一种完整的自我感就从这些离散的各个部分中诞生,并且大于后者的总和。

  不过,就算缺少了某种成分,最终得到的这个“意识”药剂也不一定就会失效。萨娜和索森都缺少了来自piezo2感受器的信息,但她们的大脑仍旧运用其他成分弥补了这些信息的缺失。她们的意识与其他人并没有什么两样。

  切斯勒认为,姐妹俩的大脑照样能产生有关身体的图像。只不过,她俩必须运用像视觉这样的其他输入,或者像冷热或疼痛这样的其他感受。

  就像盲人往往会耳朵敏锐一样,萨娜和索森也会运用自己的其他感官弥补缺少的本体感受。萨娜说,她在闭着眼伸手够桌上的圆筒时会努力感受附近的温度变化。她记得接触小球时会有变冷的感觉,所以想要找出温度较低的那个地点。

  “她们的大脑缺少了我们习以为常的本体感受信息,那又是怎么构建身体图像的呢?这个问题就是有关本体感受的最重要问题之一,”切斯勒说,“我希望我的实验室能够在接下来的几年里真正开始着手解决这个问题。”

  我是中国社科院拉美所副研究员谭道明,关于巴西的经济衰退和政治危机,问我吧!

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