大脑的“身体地图”不会改变：纵向 fMRI 显示即使在截肢后手部表征仍然稳定

传统观点认为，如果一只手臂被截肢，初级体感皮层（S1）中原本孤立的身体地图区域会迅速被其邻近区域（主要是嘴唇和面部）所取代。《自然神经科学》杂志的一篇新论文打破了这一模式。研究人员对三名成年患者进行了纵向跟踪，跟踪范围涵盖截肢前和截肢后长达五年，并与对照组进行了比较。S1和运动皮层（M1）中的手部地图与原始地图保持着惊人的相似性，并且没有出现嘴唇区域向“手部”的“扩展”。换句话说，截肢本身并不会触发大规模的皮层“重新布线”——即使没有外围输入，成年人也能保持稳定的内部身体模型。

研究背景

经典的躯体定位理论（与彭菲尔德的“侏儒”相同）长期以来一直被截肢后皮层“重映射”的论点所补充：据称，初级躯体感觉皮层（S1）中的手部区域会迅速失去输入，并被邻近的面部/唇部投射“捕获”，而这种重映射的程度与幻肢痛相关。横断面fMRI/MEG研究和综述，以及关于感觉从面部“转移”到幻肢的个体临床观察，都支持了这一观点。但其证据基础主要依赖于对不同受试者的比较以及“赢家通吃”的策略，这些策略对噪声和阈值选择非常敏感。

近年来，出现了更精确的图谱，展现了截肢者S1面部和手部复杂且通常稳定的组织结构：一些用于唇部“侵袭”的信号可能是分析的伪影，并且与幻肢痛的关系并不一致。批评者特别指出了“赢家通吃”的方法论、较小的ROI（感兴趣区域），以及缺乏对幻肢运动和自上而下影响的考虑。多体素方法和RSA提供了更细致的图像，其中明显的面部“捕获”通常不可见。

《自然神经科学》杂志发表的一项新的纵向研究填补了这一主要空白——将患者截肢前和截肢后数月/数年的情况进行比较。作者比较了三名患者在手指运动（截肢前）和“幻肢”手（截肢后）时的激活情况，以及嘴唇的激活情况；此外，还设置了对照组和外部截肢组。结果：手部和嘴唇的图谱保持非常稳定，没有发现面部向手部“扩张”的迹象；使用“截肢前”数据训练的解码器成功识别了“截肢后”的数据。结论：在成年人中，体感表征不仅由外周输入支持，还由内部模型/意图支持。

因此，它具有实际和理论意义：脑机接口和假肢可以依赖于令人惊讶的稳定的截肢“地图”，而“疼痛=重新映射”假说需要修正，以支持幻肢痛的其他机制。更广泛地说，这项研究改变了长期以来关于可塑性的争论的平衡：人类成熟的躯体定位比神经科学课程所假设的要稳定得多。

他们是如何检查的？

作者采用了纵向设计：在手术前以及术后3个月、6个月和术后1.5年（或5年）对同一组受试者进行fMRI扫描。在扫描仪中，受试者被要求活动手指（截肢前）和“幻影”手指（截肢后）、撅嘴和弯曲脚趾。

• 样本和对照：3 名选择性上肢截肢患者；16 名健康对照者（重复扫描）；与 26 名慢性截肢者（截肢后平均 23.5 年）进行额外比较。
• 地图指标：S1 中活动的重心 (COG)、每个手指的前/后模式相关系数、线性 SVM 运动解码（截肢前训练→截肢后测试，反之亦然）、嘴唇渗透到手部区域的评估。
• 关键的数值结果：手指与手指模式的纵向相关性很高（r≈0.68-0.91；p<0.001），“之前”训练的解码器的准确率在“之后”测试时仍然高于偶然性（≈67-90%），并且“唇图”的边界即使在 1.5-5 年后也没有扩展到“手部区域”。

为什么这对神经科学和临床实践很重要？

这项研究表明，成人 S1 中的“身体”表征不仅受到外周感觉信号的支持，还受到来自运动意图和内部模型的自上而下影响。这解释了为什么尝试移动“幻肢”会引发与正常手类似的活动，以及为什么之前的横断面研究可能由于“赢家通吃”的方法而高估了面部“侵入”，而这种方法没有考虑幻肢活动。这对于脑机接口来说是个好消息：详细稳定的截肢“地图”适合长期应用。对于幻肢疼痛治疗来说，其含义更为微妙：目前的手术和神经接口无法“恢复”地图，因为它已经存在；因此，需要针对其他疼痛机制。

接下来要检查什么

作者谨慎而直接地得出结论：没有证据表明成人截肢后S1躯体定位存在由缺陷驱动的“重塑”；保留和重组在概念上并不相互排斥，但在纵向测量中未观察到唇部大面积“捕获”的现象。扩大样本并标准化任务至关重要：

• 扩大N和年龄范围，测试不同截肢原因和术前运动控制水平的卡片保存速度/限度。
• 添加客观的外周标记，包括残端肌电图和神经刺激，以分离下行信号和外周信号的贡献。
• 重新思考从赢者通吃到纵向、多体素和分类分析的重新映射协议，明确考虑幻影运动。

简要 - 要点

• 稳定而非“抓取”：成人 S1/M1 中的手部和唇部地图在截肢后最多 5 年内仍能保持稳定定位。
• 幻影不是想象：尝试移动“幻影”手指会产生与术前手部运动统计上相似的模式。
• 含义：为 BCI 假肢奠定坚实的基础；重新考虑缺陷驱动的可塑性概念；幻肢痛治疗的新目标。

来源：Schone HR 等人，“手臂截肢前后稳定的皮质体图”，《自然神经科学》，2025 年 8 月 21 日（简讯）。DOI ：https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7