The crossmodal congruency task as a measure of intuitiveness of sensory feedback in the lower limb

问题陈述
下肢截肢患者由于假肢失去了躯体感觉反馈，导致了包括平衡和步态障碍在内的功能缺陷。虽然利用残肢神经或脊髓进行电刺激的神经假体技术进展可以恢复感觉，但这些诱发的感觉往往是不直观的（例如，是麻木的刺痛感而非自然的触觉）。为了最大限度地提高这些设备的功效，恢复的感觉必须是直观的，并能无缝集成到感觉运动网络中。然而，量化这些诱发感觉的“直观性”仍然是一个重大挑战。目前的研究过度依赖于主观的“自然度”评分，这种评分具有高度变异性，并不一定反映感觉与控制运动表现的感知通路结合得如何。虽然跨模态一致效应（Crossmodal Congruency Effect, CCE）任务已被提议作为上肢截肢患者多感官集成的客观指标，但其在评估下肢感觉反馈方面的可行性和有效性尚未得到证实。

研究方法
本研究旨在通过十五名健全参与者，验证 CCE 任务作为下肢感觉反馈直观性衡量指标的可行性。实验设计比较了两种感觉模态：

1. 气动触觉刺激： 通过 Galileo 系统提供，招募慢适应 1 型（SA1）、快速适应（RA）和 PC 纤维，以模拟自然的皮肤压迫和压力变化。
2. 电刺激： 通过 DS8R 刺激器提供，同时招募大量的传入纤维。

刺激被施加在两个解剖位置：膝盖（大腿中部）和足部（足背）。为确保比较的有效性，研究实施了以下控制措施：

• 强度匹配： 为每位参与者及每个位置调整电刺激振幅，使感知强度与固定的气动刺激相匹配。
• 视觉反应时间控制： 预测试确认视觉反应时间不受膝盖和足部 LED 灯距离变化的显著影响。
• 同步性： 测量并补偿硬件延迟，以确保目标（躯体感觉）与干扰（视觉）刺激之间的同步误差小于 1 毫秒。

CCE 任务： 参与者执行一项快速反应任务，在忽略同时出现的视觉干扰（LED）的同时，口头识别躯体感觉目标（膝盖或足部）的位置。

• 一致试次（Congruent Trials）： 目标与干扰物出现在同一位置。
• 不一致试次（Incongruent Trials）： 目标与干扰物出现在不同位置。
• 指标： 主要结果是跨模态一致反应时间（$CCERT$），定义为不一致试次与一致试次之间的反应时间之差。较高的$CCERT$表示更强的多感官集成（从而在理论上意味着更高的直观性）。次要指标包括错误率（$CCE_{Error}$）以及顶叶区域的 EEG 波段功率（Delta 和 Theta 波段）分析。

关键结果

• 模态区分： CCE 任务成功区分了膝盖处的气动刺激与电刺激。具体而言，15 名参与者中有 14 名表现出气动刺激比电刺激具有更高的 $CCERT$，这支持了气动刺激更具直观集成性的假设。
• 位置依赖性： 这种区分在足部并未观察到。足部的结果不一致，仅有 3 名参与者表现出较高的气动刺激 $CCERT$，而 5 名参与者表现出相反的趋势。
• 个体差异： 总体而言，仅 67% 的参与者表现出显著的 CCE 分数。对于同一个体，该效应在两种刺激模态之间并不一致，表明存在高度的个体间变异性。
• 自然度相关性： $CCERT$ 分数与主观自然度评分之间没有显著相关性。这表明 CCE 分数并不是感知自然度的直接代理指标。
• EEG 发现： EEG 分析显示了皮层生物标志物的变异性。虽然在膝盖处，不一致试次显示出更高的顶叶 Delta 和 Theta 波段功率（与现有文献一致），但在足部观察到了相反的模式，尽管这些差异在群体层面并不具有统计学显著性。
• 疲劳与反应时间： 未发现疲劳程度或基线反应时间变异性与 $CCERT$ 分数之间存在显著相关性。

意义与主张
本文得出结论，虽然 CCE 范式在衡量下肢多感官集成方面展现出潜力，但其应用目前受限于位置特异性的不一致性以及与主观自然度评分缺乏相关性的问题。

• 适度验证： 研究验证了 CCE 范式在膝盖处的有效性，但强调了在当前实验条件下，它无法推广至足部。
• 指标局限性： 作者断言 CCE 分数并不简单地作为“自然度”评分的代理指标，因为两者并不相关。
• 个体与群体分析： 研究强调，对于神经假体应用而言，个体层面的分析至关重要，因为群体平均值可能会掩盖 CCE 效应在很大一部分个体中缺失的事实。
• 未来要求： 作者指出，在 CCE 任务能够用于衡量下肢截肢患者的直观性之前，必须更好地理解并控制影响 CCE 的外部因素（例如目标与干扰物之间的空间距离、不同身体区域的空间敏锐度差异以及反应冲突机制）。本文并非声称 CCE 是最终解决方案，而是将其视为一个需要进一步开发和验证以用于下肢应用的工具。