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认知神经学家卢克·米勒在公寓里摆弄窗帘杆时，突然意识到一个奇怪的问题。当他用鱼竿击打一个物体时，即使不看，他也能分辨出鱼竿和物体接触的地方，就好像那是他身体感官的延伸。“这有点奇怪，”米勒回忆道。“所以我去了实验室，在实验室里进行进一步测试。”
触觉可以通过工具感知并不是一个新概念，尽管它还没有被广泛研究。在17世纪，哲学家笛卡尔讨论了盲人通过手杖感知周围环境的能力。虽然科学家们对工具的使用进行了广泛研究，但他们通常关注的是人们如何移动工具。“他们在很大程度上忽视了使用工具时的感官反应，”米勒说。
《自然》杂志2018年的一项研究中，米勒和他在法国克劳德·伯纳德·里昂一大的同事们报告称，人类实际上很擅长仅通过工具的触碰来确定物体与手持工具接触的位置，就好像物体本身接触到了自己的皮肤一样。工具不像我们的皮肤那样受神经支配，所以我们的大脑如何知道它在何时何地被触碰?去年12月发表在《当代生物学》杂志上的一项研究结果显示，大脑中负责感知身体触碰的区域也会在工具上进行类似的处理。“这个工具就像你身体感官的延伸，”米勒说。
在最初的实验中，研究人员让16名惯用右手的受试者通过感受确定一根一米长木棍的触碰位置。在总共400个试验中，每个受试者都要比较两个触碰位置的异同：如果在不同的位置被触碰，受试者不做反应；如果在同一个位置，研究对象需要轻敲一个脚踏板，并表明触碰位置离他们的手近还是远。即使没有任何使用棒子的经验，也没有相应的反馈机制，参与者有平均96%的正确率。
在实验过程中，研究人员使用头皮电极记录受试者的大脑皮层活动，发现当工具被接触时，大脑皮层会迅速进行处理。在连续两次触碰同一位置的试验中，先前显示的识别身体接触的大脑区域，包括初级体感(触觉)皮层和后顶叶皮层的神经反应明显受到抑制。
有证据表明，当大脑的感知区域反复出现相同的刺激时，底层神经群的反应会被抑制。这种重复抑制可以测量到，并被用作“时间戳”来表示大脑中何时提取了刺激。
当研究小组对一些同样的受试者进行测试时，他们用的是手臂而不是木棒，结果发现，在相同的大脑区域，在同样的时间尺度上，重复抑制也存在。躯体感觉皮层在木棒和手臂被触碰后的52毫秒(约1 / 20秒)内受到抑制。在80毫秒时，这种活动抑制扩散到整个后顶叶皮层。法国里昂神经科学研究中心的神经科学家、上述两项研究的资深作者亚历山德罗·法尔内表示，这些结果表明，探测工具上被接触时的神经机制“与你自己身体上的触摸定位非常相似”。
有趣的是，每次接触后，木棒震动约100毫秒。米勒说：“所以，当棒在手中的振动结束时，你已经在那之前几十毫秒就提取出了位置。”棒上的振动是由嵌入皮肤的帕西尼安感受器的触觉传感器探测到的，然后，帕西尼安感受器将神经信号传递到躯体感觉皮层。计算机模拟的帕西尼安活动表明，有关杆接触位置的信息可以在20毫秒内被有效提取。
棒的振动可能提供触摸定位所需的关键信息。重复同样的杆实验，研究人员测试了一名患者，她的右手臂失去了本体感觉，这意味着她无法感知肢体在空间中的位置。然而，她仍然能够感知到棒子表面的触碰，而且她能够确定双手握住棒子的位置，而且在实验过程中，她的大脑活动与健康的病人相似。法恩说，“这一发现相当令人信服，通过病人并没有感受到的触摸传递的振动，就可以让大脑确定触摸棒的位置。”
综上所述，这些结果表明，人们可以使用相同的神经过程来检测身体上的触摸，从而快速有效地定位工具上的触碰位置。虽然法恩强调，研究中没有人认为这个工具已经“成为了他们身体的一部分”，但他说，这项研究表明，受试者体验了感官化身，“大脑通过重复利用它对身体的了解，重新制定了处理物体的方式。”
苏里大学研究神经修复术的认知神经科学家斯科特·弗雷说：“这是一项非常漂亮、全面和周到的工作。”弗雷没有参与这项研究，他认为研究结果有助于设计更好的假肢，因为它表明“感觉迟钝的物体可能成为潜在的、探测来自世界的信息并将其传递到躯体感觉系统的方法，”他说。“我认为，在假肢设计领域，人们并没有真正考虑到这一点。这也许表明他们今后应该这么做。这是一种巧妙、新颖的想法。”
作者：Richard Sima，自由科学作家，专门研究生命和环境科学。
翻译 殷姝雅
审校 潘燕婷
引进来源：科学美国人
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