Nature neuroscience
《截肢后稳定的体感皮层表征》

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该研究采用纵向fMRI成像方法，追踪截肢前后长达5年的体感皮层变化，揭示截肢后手和嘴唇的体感皮层表征保持稳定，挑战了传统关于截肢引发大规模皮层重组的假设，为神经可塑性研究提供了新的视角。

 

文献概述
本文《截肢后稳定的体感皮层表征》，发表于《Nature neuroscience》杂志，回顾并总结了截肢后体感皮层（S1）体表映射的稳定性，研究通过纵向神经影像追踪，发现即使在截肢后长达5年，S1中的手和嘴唇区域活动模式仍然稳定存在，未见大规模重组。研究还排除了因扫描设备或环境适应等因素导致的伪影，确保结果的可靠性。

背景知识
体感皮层（S1）是大脑中高度结构化的体表映射区域，传统观点认为，当肢体缺失或感觉输入被剥夺后，S1中对应区域的皮层活动会被邻近体表部分（如面部）接管，这种现象称为皮层重组（cortical reorganization）。然而，近年来的研究表明，即使在截肢者中，缺失肢体（如幻肢）仍能激活原有S1区域，提示皮层表征可能并不完全依赖外周输入。这一发现引发了关于皮层可塑性与稳定性的长期争议。本研究采用纵向设计，追踪三位截肢患者术前及术后多个时间点的fMRI数据，与16名健康对照组进行对比，避免了横断面研究中个体差异带来的混杂因素。研究重点在于量化手部和嘴唇在S1中的活动变化，以评估截肢是否导致大规模皮层重组。研究团队还进一步使用多变量模式分析（MVPA）和表征相似性分析（RSA）等方法，分析皮层活动的稳定性与典型性，挑战了传统winner-takes-all方法对皮层重组的解释。本研究结果对于脑机接口、幻肢痛治疗和皮层可塑性理论具有深远影响，提示S1的体感表征可能由自上而下的输入维持，而非单纯依赖外周感觉输入。

 

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研究方法与实验
研究采用纵向fMRI设计，追踪3名接受上肢截肢的参与者在术前及术后多个时间点（3个月、6个月、1.5年或5年）的体感皮层活动。同时，招募16名健康对照组，进行4个时间点的fMRI扫描。所有参与者在扫描中执行手指、嘴唇和脚趾运动任务，以检测S1和M1中相关区域的激活模式。研究使用中心重力（COG）分析、多变量模式分析（MVPA）和表征相似性分析（RSA）等方法，量化截肢前后手部和嘴唇皮层活动的稳定性与典型性。此外，研究还使用winner-takes-all分析方法与传统观点进行对比，验证是否存在嘴唇活动扩展。

关键结论与观点

• 在截肢后长达5年的时间里，S1中手部和嘴唇的体感皮层表征保持稳定，未见大规模重组。
• 多变量模式分析（MVPA）和表征相似性分析（RSA）均显示，截肢后幻肢运动仍能激活与术前相似的神经模式。
• 研究未发现嘴唇活动在截肢后扩展至S1中原本的手部区域，反驳了传统观点。
• 尽管个别时间点存在轻微变化，但整体来看，这些变化属于纵向数据采集中的正常变异，而非皮层重组。
• 研究结果提示，S1的体感表征并非由外周输入被动驱动，而是可能由自上而下的机制维持。

研究意义与展望
该研究挑战了传统关于皮层重组的理论，表明S1中的体感表征即使在肢体缺失后仍能维持。这一发现对于理解大脑的可塑性机制、开发脑机接口和幻肢痛治疗策略具有重要意义。未来研究可进一步探索自上而下的输入（如运动意图）在维持皮层表征中的作用，并评估不同截肢手术方式对皮层稳定性的影响。

 

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结语
本研究通过对截肢前后长达5年的fMRI追踪，发现体感皮层（S1）中手部和嘴唇的神经表征在截肢后保持稳定，未出现传统观点中所描述的大规模重组现象。研究结合MVPA、RSA和winner-takes-all分析，排除了嘴唇活动的扩展，并证实幻肢运动仍能激活原有手部区域。这一发现改变了对S1功能的传统理解，提示其表征可能由自上而下的输入维持，而非依赖外周感觉输入。研究结果对于神经可塑性理论、脑机接口和幻肢痛治疗具有重要启示，强调了成人脑中S1的稳定性，为未来研究提供了坚实基础。

 

Hunter R Schone, Roni O Maimon-Mor, Mathew Kollamkulam, Chris I Baker, and Tamar R Makin. Stable cortical body maps before and after arm amputation. Nature neuroscience.