利維坦按:

和一個正常人迷失在黑暗中無法定位不同,“本體感受缺失”的患者無法在閉眼(黑暗)的條件下定位自身的某些部位(比如鼻子),同時,他(她)也無從感受外界對於其身體的輕微觸碰。這的確十分古怪——患者可以支配他(她)的身體以及四肢,但其外界刺激回路中斷瞭。

請想象以下場景:你閉眼試著走一段路,一般情況下,雖然路線有所偏離,但你的基本方向和空間感是存在的。而本體感受缺失者卻寸步難行,甚至跌倒在地。

綁在美國國傢衛生研究院臨床醫療中心椅子上的法國婦女叫薩娜(Sana),今年31歲。她身材嬌小,留著一頭棕色卷發。她的面前是一張桌子,周圍則環繞著12臺紅外照相機,追蹤記錄她的一舉一動。測驗馬上就要開始。

桌子上放著一隻圓筒,頂部是一個銀色塑料球。薩娜的任務是這樣的:她要先碰一下自己的鼻子,然後再碰一下面前的塑料球。很簡單,她也照做瞭,先碰瞭鼻子,又碰瞭塑料球。

接著就是困難的部分瞭。

實驗室技術人員讓薩娜閉上眼睛,然後把後者的手指放在塑料球上,接著移回薩娜的鼻子,最後放手並要求薩娜繼續閉著眼自己再做一遍這個動作。

結果,塑料球的位置好像突然從薩娜的腦海中消失瞭一樣。她四處摸索,胳膊左右大幅搖擺。等到她成功抓到塑料球時,看上去也完全像是碰巧。她連定位自己臉上的鼻子都有困難,好幾次都完全找不對位置。

“那種感覺就像是迷路瞭一樣,”薩娜通過翻譯告訴我們。她眼睛閉著的時候,根本不知道自己的身體在空間裡的位置。

你也可以自己試試,看看能不能完成這個任務。面前放一杯水,睜著眼睛觸碰頂部幾下,然後試著閉上眼睛試試還能不能找到位置。你很有可能還是能夠完成這個任務的。

我們閉上眼睛後,對世界的感知和身體的位置感並不會消失,仍舊有一種看不見的印記。這種感官叫作“本體感覺”,是一種對四肢位置和身體空間位置的意識。和其他感官(視覺、聽覺等)一樣,本體感覺也有助於我們的大腦導航世界。科學傢有時也稱其為我們的“第六感”。

本體感覺在一個關鍵方面與其他感官存在差異:本體感覺永遠不會關閉,隻有極少數案例例外。即便捂住耳朵,我們也知道什麼是寂靜;即便閉上眼睛,我們也知道什麼是黑暗。

薩娜是這個世界上極少數幾個本體感覺會關閉的人之一。另一個是她36歲的姐姐索森(Sawson),2019年8月,索森也在美國國傢衛生研究院接受測試。結果表明,她也沒法在黑暗中定位自己的鼻子。

“在傢裡的時候,”索森說,如果突然關瞭燈,而她正站著,“我就很難找到椅子坐下來。”這種感覺不但很難想象而且也很難描述。“就好像有人把你的眼睛蒙著,又讓你轉瞭幾個圈,再讓你朝某個方向走。剛開始的那幾秒,你根本分不清東西南北,”完全沒有方向感。

出於個人隱私方面的考慮,我在此不便透露這兩姐妹的姓氏。她們倆還都擁有另一個古怪特征:觸摸的很多東西都無法感知。“哪怕我睜著眼睛觸碰小球,都感覺不到它的存在,”索森說。

在所有感官中,觸覺和本體感覺很可能是我們瞭解最少的。不過,過去的十年裡,神經科學傢對這兩種感官工作方式的研究已經取得瞭重大突破。這後續也有助於我們為截肢患者提供更好的止疼手段和義肢安裝方案。我們也能借助這些研究更全面的瞭解生而為人的含義,以及身體對這個世界的體驗。

薩娜、索森以及其他一些有類似癥狀的病人是研究觸感和本體感覺的科學傢的理想被試。他們的肌肉和大腦都沒有什麼異常,隻是缺少瞭一件雖然微小但意義重大的事物:一種分子大小的感受器,它的作用就像是一個入口,身體力量通過它進入神經系統並上升到意識層面。這種感受器叫作“piezo2”,10年前才為我們所發現。

兩姐妹缺失的這個分子很有可能讓她們失去瞭本體感覺系統的“眼睛”,還導致她們的皮膚無法識別特定觸感。

缺少piezo2的病人非常罕見——美國國傢衛生研究院臨床醫療中心以及他們遍佈全球的同行目前隻證認瞭18例。第一批兩個案例的相關情況發表在2016年的《新英格蘭醫學期刊》(New England Journal of Medicine)上。“這兩個病例的意義就相當於人類確證的第一個盲人、第一個人聾人,”美國國傢衛生研究院臨床醫療中心負責薩娜、索森等人的神經科學傢亞歷山大·切斯勒(Alexander Chesler)說:“根據我們當時對piezo2分子的瞭解,我們認為,這些病人沒有觸覺。”

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

出現這種癥狀的病人很難控制自己的身體,視線被遮擋的時候情況尤為嚴重。並且,這類罕見遺傳疾病的癥狀經常被誤診,或者多年無法確診。

通過這些病例的研究,神經科學傢得以探索瞭觸覺和本體感覺系統的基本功能,瞭解瞭大腦無與倫比的適應能力。

小分子,大威力

卡斯滕·波尼曼(Carsten Bönnemann)是一名調查神經醫學之謎的偵探。當孩子們出現瞭一些難以診斷的神經癥狀時,他就會撲上來“偵破”這些懸案。“我們尋找的是一些無法解釋的東西,”這位國傢神經疾病和卒中研究所的小兒神經科學傢說。

2015年,波尼曼就因為一個病例前往加拿大卡爾加裡,檢查一名患有奇怪疾病的18歲婦女。她可以行走——她在7歲左右才學會走路——但隻有看著腳才能做到。如果站著的時候閉上眼睛,她就會摔倒在地。就像是她的視線擁有一種開啟秘密開關的能力,開關打開後,她就能控制她自己看著的那部分身體。一旦脫離瞭視線,她的身體就不受控制瞭。

“我在給她做檢查的時候,意識到她沒有本體感覺,”波尼曼說。她閉著眼睛的時候,感覺不到醫生輕輕地移動她的手指。然而,這種喪失感知能力的現象不止出現在她的手指關節處。肘部、肩部、臀部,任何身體關節的移動她都感覺不到。

雖然本體感覺並不在我們的意識系統內,但它仍然起到瞭一種至關重要的功能。“如果你要以協調的方式運動,就必須時刻掌握身體的位置,”在霍華德·休斯醫學研究所從事本體感覺研究的神經科學傢亞當·哈特曼(Adam Hartman)說:“你可以眼睛盯著四肢,但那就意味著看不到其他東西瞭。”有瞭本體感覺,我們的眼睛就能關註身體之外的事瞭。

為瞭弄清楚這個癥狀出現的原因,波尼曼的團隊對這位女性的整個基因組展開瞭測序工作,結果發現,負責一個名為“piezo2”的觸覺感受器的基因發生瞭突變。2015年,piezo2在科學界還是一個新鮮事物。

在那之前,科學傢們早就知道各類特殊神經都在我們感知外部世界的過程中扮演瞭重要角色。如果說,神經是把來自外部世界的信息傳輸到我們腦海中的導線,那麼這些感受器就是開關——人體這部生物學機器的第一齒輪——是產生電信號的地方。

有關piezo2的裡程碑式發現誕生於斯克利普斯研究所中,那兒的研究人員多年以來一直在用小玻璃探針刺激細胞。(piezo感受器受到刺激時,會釋放出一小股電流。Piezo在希臘語中就是“壓”的意思。)研究人員發現瞭兩種感受器:piezo1和piezo2。含有這兩種感受器的細胞拉伸時,感受器就會打開,讓外部離子進入細胞,並且釋放出電脈沖。

Piezo1與我們身體內置的血壓監測系統以及其他依賴壓力傳感的內部系統。進一步的研究表明,piezo2是一種對觸覺和本體感覺都非常重要的分子,是一扇大門,隻有過瞭這道門,機械力才能出發前往我們的意識。

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

2015年的時候,科學傢才剛剛開始研究piezo2對小白鼠產生的影響,更不用說人瞭。波尼曼不得不自行研究相關內容,並且回到瞭位於馬裡蘭州貝塞斯達的美國國傢衛生研究院臨床醫療中心。波尼曼給切斯勒發瞭一封電子郵件,後者當時正在研究通過基因編輯剪除piezo2基因的小白鼠。波尼曼向切斯勒描述瞭那個加拿大病例以及另一個病例(聖地亞哥的一名8歲女孩)的情況,她倆都已經確證piezo2基因發生瞭突變。

“那封郵件讓我興奮得從椅子上跳瞭起來,立馬跑到波尼曼的辦公室,”切斯勒說,“我根本沒有機會請小白鼠描述一下它的生活、它的體驗,我連問問題都做不到。”

人類的觸覺之謎,解決瞭

薩娜和索森與波尼曼的第一個病人一樣,生來就帶有一種導致piezo2失效的基因突變。這給她倆造成瞭終身的本體感覺、觸覺以及運動障礙。這兩位女性自己隻能稍微走走路,要想像正常人那樣到處轉轉隻能借助電動輪椅。不過,她倆都沒有人特別看護,都是獨自生活。薩娜是一名臨床心理醫生,而索森則是一個殘疾兒童營地的負責人。

他們根本就沒有體驗過擁有本體感受的人生,甚至連描述他們缺失的感官都有困難。“我連好的對照物都沒有,因為我一直就是這個樣子,”薩娜說。

醫學史文獻記載的少數幾例本體感受缺失病例中,最有名的就是伊安·沃特曼(Ian Waterman)。這名英國男性負責觸覺和本體感受的神經元因感染疾病而失效。後果就是,他的頸部以下部分雖然還能運動但沒有任何知覺或本體感受。這是一間“沒有四肢的監獄,”神經科學傢喬納森·科爾(Jonathan Cole)在沃特曼的病歷中如此寫道。

沃特曼顯然清楚地知道自己神經受損,但薩娜和索森始終都不知道自己有什麼問題,直到大約一年前接受測試才瞭解情況。那次針對她倆piezo2基因突變的測試結果呈陽性,而波尼曼和切斯勒當時正在研究piezo2在人體中的功能,於是,薩娜和索森就進入瞭這兩位神經科學傢的研究。截至目前,研究人員已經發現瞭12個piezo2感受器失效的病例。

觸覺是一種非常復雜的感官,因為它有各種形式,每一種都仰仗稍有不同的神經系統和感受器系統。

光是想想我們能夠感受的那些事物就能騰起一股敬畏感。“假如我們中有人走到你的背後,撥弄一下你的頭發,你馬上就會知道,”切斯勒說,“這算得上最為神奇的生物學機制之一。”

我們通過身體獲得的各種感官信息在很多方面都要比從眼睛、耳朵和嘴巴獲得的更加多樣。

例如,冷和熱的感覺與輕微觸碰的感覺涉及不同神經,使用的感受器也不同。(其中有些我們近來才發現。)疼痛、瘙癢和壓力涉及的神經和感受器也不同。此外,還有一些觸覺取決於環境。想想這個情況:你穿某件T恤的時間越久,它輕觸你身體的感覺引起的相關意識就越弱;在曬傷之後穿同樣這件T恤可能又突然覺得疼痛難忍。

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

沒有瞭piezo2,薩娜和索森兩姐妹就無法感知輕微觸碰,尤其是作用在她們雙手和手指上的那些。索森告訴我,她把手伸進錢包後,“覺得手上拿到瞭東西就把手抽出來,結果卻發現空無一物。”她無法感知物體,也不知道自己雙手的位置。因此,如果她不盯著錢包看的話,它就很可能像是黑洞一樣。

不過,這兩姐妹可以感受冷和熱,也能感知壓力,對疼痛也有感覺。值得註意的是,她們還能感受到尖銳。

索森的愛好是銳器射擊(“為瞭釋放壓力”),並且在武器的扳機上裝瞭一個邊緣尖銳的長方形物體。這樣一來,當她的手指碰到這個尖銳邊緣時,就能感覺到並扣下扳機。

那種刺痛的感覺肯定是通過piezo2以外的感受器進入神經系統的。“我們無法從分子層面上理解究竟是什麼在你感到刺痛時激活瞭相關神經元,”切斯勒說。

這很是令人驚訝。踩到樂高積木造成的劇烈疼痛感究竟如何進入我們的神經系統,這在2019年竟然還是個問題。

Piezo2缺失的患者可以感受到那種刺痛,但他們無法感受到另一種觸覺異常性疼痛(tactile allodynia)。這種疼痛是說,正常情況下令人愉悅的輕微觸碰感覺也變得痛苦起來。(實驗室裡,研究人員用辣椒素擦拭皮膚以產生這種觸覺異常性疼痛,而辣椒素就是辣椒中的辛辣化學物質。)

另一個謎團是:缺少piezo2的患者能夠感受到帶有毛發的皮膚被輕撫,比如手臂上的皮膚,但奇怪的是,他們似乎感受不到單根毛發的運動。“我們不清楚這是為什麼,”切斯勒說。這就是說:神經科學還沒有完全弄清楚感官是怎麼在身體中產生的。

正是這些研究成果帶來瞭諸多實際應用,也就是治療疼痛的新方法。科學傢希望下一步能識別給身體帶來物理感官的各種感受器,然後或是學著增強它們,或是在引起疼痛的時候關閉它們。

“這就是每個疼痛研究者的夢想,”切斯勒說,“我們現在研究疼痛的這些方法還相當粗糙,未來可以擺脫這些相對低級的方式,從更有體系的角度理解疼痛這個問題嗎?”認識方式的升級意義重大,例如,如果不知道與刺痛有關的感受器,當然就無法設計出關閉這種感受器的藥物。

本體感受之謎

觸覺很是復雜,但本體感受可能比觸覺還要復雜。不過,在研究本體感受的過程中,研究人員可能還會得到遠超人體范疇的發現和應用。

人體所有肌肉的深處都是一種叫作“肌梭”的纖維。這些纖維和神經束記錄著肌肉伸展情況。沒錯,你會在紫萼肌肉束的神經末梢上找到piezo2。這部分肌肉伸展時,其他肌肉就會收縮,接著peizo2就會把所有這些信息傳輸到脊髓上以確定四肢的位置。

我們身體中的每塊肌肉無時無刻不在釋放這類信息,堪稱神奇。神經系統在沒有意識參與的情況下,通過某種方式處理瞭大量數據。要是這些信息的處理需要意識的參與會怎麼樣?你肯定會因為信息過載而發瘋。

就想想坐直這個動作吧。坐直時,背部的所有肌肉都必須釋放正確的信息以保證脊椎所有骨頭排列成直線。那些缺少piezo2的病人就做不到這點。他們坐著時脊柱側凸,因為他們的背部肌肉不會發出信息告訴大腦讓脊椎所有骨頭排成直線。(我聽說,這些病人中有許多出生前在母親子宮裡就有胎位不正的情況,或者一生下來就有髖關節移位的問題——這就是本體感受缺失帶來的基礎性問題。)

缺少瞭本體感受提供的基本輸入,薩娜和索森必須努力集中精神才能避免迷失方向。薩娜說,有的時候,隻是頭發飄到眼前都能讓她丟失身體的位置感。如果有人離她臉龐太近,擋住瞭周邊視線,也會出現類似的情況。這就意味著,如果她想親吻別人,就要極度努力地集中註意力。

大腦如此輕松地把所有本體感受信息源整合到瞭一起,它是怎麼做到的?這仍然是一個相當大的謎團。

“最神奇的地方是,大腦對這些信息的處理相當靈活,”霍華德·休斯醫學研究院專事本體感受研究的神經科學傢亞當·漢特曼(Adam Hantman)說,“你可以要求我伸手拿這個茶杯,並且說,‘用你之前沒用過的方式’。而我呢,可以在完全沒有事先演練過的前提下,雙手上下顛倒、放到背後並且夠到茶杯。我這輩子之前絕對沒有做過這個動作,現在卻可以不加演練地輕松做到。”

此外,這項研究中還有很多優雅的“並發癥”仍舊沒有為科學傢研究透徹。

科學傢普遍把觸覺和本體感受視作不同系統。“但這兩種感官在某種程度上是重疊的,”哥倫比亞大學研究本體感受的神經學研究者若日尼·德努伊基(Joriene De Nooij)說。皮膚中的感受器有助於我們掌握四肢的位置。“行走時,你每邁一步,腳上的所有這些壓力感受器都會激活,”她說。這就給大腦傳遞瞭身體的位置信息。

有很多很多的輸入進入我們的感官系統,它們給予我們反饋並且告知大腦身體在幹什麼。“瞭解這些大腦工作機制——它用何種算法建立這些模型並加以利用——有助於我們建造更好的機器,”漢特曼說。

尤為重要的是,研究人員可以借此制造由患者神經系統直接控制的更好的假肢。“目前,這類機器從大腦中獲取信號並且驅使假肢運動的功能已經非常強大,”他說,“但我們現在還沒能做到從假肢拿回感官反饋信息,也就是沒能形成閉環,完美地結束這整件工作。”

大腦還會做另一件涉及本體感受且研究人員極其想要瞭解的事:它是如何做到補償信息缺失的?就比如薩娜和索森案例中碰到的那樣。

大腦可以做到的最為重要的事

肌肉束和其他神經末梢解釋瞭本體感受在體內的工作方式,但更為奇怪的是這種感官如何在我們腦海中顯現。

我一直在思考閉上眼睛伸手夠物件時會發生什麼。我面前桌子上有一個玻璃杯,哪怕閉著眼睛我也能抓住它。我努力集中註意力思考玻璃杯在空間中的位置,並且剖析這番思緒:此時此刻我到底經歷瞭什麼?

這有點像是在描述一場白日夢。你知道玻璃杯就在那兒,似乎也很真實,但不具有任何形式。“這就是意識,”斯克利普斯研究所神經科學研究員阿德姆·帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian),他的實驗室率先發現瞭piezo感受器。他表示,意識的某個物理方面在一定程度上由本體感受決定和塑造。

在描繪這個故事的過程中,我漸漸把大腦創造意識的這個過程想象成攪拌藥劑的巫師或魔術師。這個巫師從我們的身體中拿走像觸感、溫度、關節感受這樣的感官輸入,同我們的思緒、情感、記憶以及對世界的預測混合在一起,然後再扔到坩堝裡產生意識。一種完整的自我感就從這些離散的各個部分中誕生,並且大於後者的總和。

不過,就算缺少瞭某種成分,最終得到的這個“意識”藥劑也不一定就會失效。薩娜和索森都缺少瞭來自piezo2感受器的信息,但她們的大腦仍舊運用其他成分彌補瞭這些信息的缺失。她們的意識與其他人並沒有什麼兩樣。

切斯勒認為,姐妹倆的大腦照樣能產生有關身體的圖像。隻不過,她倆必須運用像視覺這樣的其他輸入,或者像冷熱或疼痛這樣的其他感受。

就像盲人往往會耳朵敏銳一樣,薩娜和索森也會運用自己的其他感官彌補缺少的本體感受。薩娜說,她在閉著眼伸手夠桌上的圓筒時會努力感受附近的溫度變化。她記得接觸小球時會有變冷的感覺,所以想要找出溫度較低的那個地點。

“她們的大腦缺少瞭我們習以為常的本體感受信息,那又是怎麼構建身體圖像的呢?這個問題就是有關本體感受的最重要問題之一,”切斯勒說,“我希望我的實驗室能夠在接下來的幾年裡真正開始著手解決這個問題。”

不過,人類思維肯定擁有不可思議的彈性,這點你不必費力驗證。

“你習慣瞭自己的身體,”索森說,“也學會瞭如何應對得到的各種材料。”

文/Brian Resnick

譯/喬琦

校對/兔子的凌波微步

原文/www.vox.com/the-highlight/2019/11/22/20920762/proprioception-sixth-sense

本文基於創作共同協議(BY-NC),由喬琦在利維坦發佈

文章僅為作者觀點,未必代表利維坦立場