Human single-neuron correlates of somatosensation
通过分析对四肢瘫痪患者进行的单神经元记录，本研究揭示了虽然初级体感皮层（S1）编码触觉刺激的物理振幅，但后顶叶皮层（PPC）的活动与意识感知和置信度更强地相关，这表明两者之间存在一种互补的分工，即后顶叶皮层将物理输入转化为主观意识。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
触觉是我们最直接的感觉，是一股持续不断的信号流，告诉我们何时握着一个温热的杯子，或何时擦过一面粗糙的墙壁。然而，尽管我们非常清楚皮肤中的神经如何对这些感觉做出反应，但物理触碰何时转化为一种意识体验，仍然是神经科学中最深奥的谜团之一。科学家们长期以来一直在争论这种转化发生在脑部的哪个位置。是在初级感觉皮层（即接收来自皮肤信号的第一区域），还是发生在稍后的更高层大脑区域，由这些区域整合信息以构建对世界的完整认知？理解这一区别不仅对于绘制人类心智图谱至关重要，对于开发未来可能恢复失去触觉者触觉感的科技也具有重要意义。
为了解开这个谜题，研究团队转向了一个罕见且强大的契机：直接聆听活体人类单个脑细胞的思想。他们与三名患有四肢瘫痪（一种由于脊髓损伤导致身体特定水平以下无法运动和感知）的志愿者合作。这些参与者此前曾接受过手术，在脑部植入了微小的电极网格，该手术最初旨在帮助他们通过思维控制电脑光标。研究人员利用这些现有的植入物，在参与者执行一项简单任务时，记录了数千个单个神经元的电活动。科学家向参与者仍保留部分感觉的肢体部位（如肘部或手指）施加了轻微的振动。这些振动的强度被设定在一个非常特定的水平：恰好处于能够被感知到的边缘。有时，参与者报告感受到了触碰；而有时，尽管物理振动完全相同，他们却报告什么也没感觉到。
研究人员将“聆听”的重点放在了两个特定的脑区。第一个是初级躯体感觉皮层，它是大脑接收来自身体触觉信号的第一站。第二个是后顶叶皮层，这是一个位于更后方的区域，负责帮助大脑理解物体在空间中的位置以及如何与之互动。通过对比这两个区域在触觉被感知与被忽略时的神经元活动，团队发现了一种明确的分工。初级感觉皮层的神经元就像精密的传感器。无论参与者是否意识到触碰，只要振动发生，它们就会强烈放电。即使在参与者报告毫无感觉时，这些细胞仍在对物理振动做出反应。这表明，大脑的这一早期区域擅长测量刺激的原始强度，但并不是产生意识触觉体验的地方。
相比之下，后顶叶皮层的神经元则讲述了一个不同的故事。这些细胞并不只是追踪振动的物理强度。相反，它们的活动与参与者的主观体验紧密相连。当人感觉到触碰时，这些神经元会以一种独特的模式放电。当人错过触碰时，即便物理振动完全一致，该区域的活动也会变得微弱或消失。研究人员发现，这些更高层大脑区域的信号也更能预测参与者对感知的自信程度。如果一个人非常确定自己感受到了振动，后顶叶皮层的神经元就会显示出比不确定时更强、更清晰的信号。即使在参与者未被要求报告感受时，这一模式依然成立，这表明该活动是真实的意识体验的一部分，而非仅仅是对说话或移动行为的反应。
这项研究还揭示了这种意识觉知并非由大脑中单一孤立的点完成的。当触觉被感知时，研究人员观察到一股协调的活动波在涉及抓握和运动的脑区网络中扩散，包括运动皮层和其他顶叶部分。然而，每个区域的具体作用仍然截然不同。初级感觉皮层提供了关于物理世界的原始数据，而后顶叶皮层及其连接的网络则将这些数据转化为意识感知。研究人员证实，这种差异并非参与者脊髓损伤的产物，也不是特定振动位置导致的，因为该模式在不同的身体部位和不同的个体身上都保持一致。
这些发现为大脑如何构建触觉提供了一张清晰的地图。它们表明，物理振动的感知是在大脑早期被测量的，但对该感觉的意识觉知则是在稍后阶段，通过以后顶叶皮层为中心的更广泛网络的协调活动而产生的。这种区别有助于解释为什么有些人即使初级感觉区域受损仍能保留部分感知，或者为什么某些大脑损伤会导致即使神经完好也会丧失触觉意识。对于未来脑机接口的发展，这项工作提供了至关重要的指南：为了恢复自然的触觉，工程师们可能不仅需要刺激早期的感觉区域，还需要刺激那些赋予信号意义和意识的高级网络。
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