截肢者感觉到失去的肢体,躯体失认症患者觉得身体不属于自己,这一很酷的研究与此相关
( 2019年9月5日 10 : 36 )

来源:市科学技术委员会


  80%以上的截肢者在伤口痊愈后的很长一段时间里,仍然可以感觉到自己失去的肢体,而躯体失认症患者觉得身体并不属于自己。大脑究竟如何感知自己?自我意识的神经机制是什么?这些一直是神经科学领域中最激动人心的问题之一。虽然意识问题极其复杂,但其中最为核心之一的是我们对于自我身体的感知。

  日前,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)王立平研究组,利用自主设计搭建的虚拟现实呈现系统,首次在猕猴上对其身体“拥有感”进行定量行为学测量和计算建模,并发现大脑是通过统计推理来表征“自我”。该工作第一次为自我身体感知的理论模型提供了重要的行为学和电生理证据,也为进一步研究身体自我意识的神经机制提供了行为学范式和非人灵长类动物模型,对于人工智能和脑机接口的研发以及精神疾病的治疗也提供了重要的实验基础。相关论文9月4日在线发表于《美国科学院院刊》。

  身体感知错觉究竟如何产生?

  30多年前,一位躯体失认症患者这样描述自己的症状:“一个人应该能够分辨自己的身体,分辨哪些为身体所属而哪些不是——但这条腿……它不对劲,它不是真实的——我感觉不到它的存在,我觉得它不属于我。”躯体失认症是一种神经系统综合症,它的存在从侧面证明了人类感知自我身体的能力直接受到神经系统的制约。正是神经系统,而绝非身体本身,决定了我们对于自己身体的感知力。

  与躯体失认症截然相反的则是幻肢觉——80%以上的截肢者在伤口痊愈后的很长一段时间里,仍然可以感觉到自己失去的肢体。这些错觉在我们的脑中究竟是如何产生的呢?长久以来,科学界一直缺少在神经系统层面上的合理解释。

  研究人员以“身体拥有感”作为切入点,巧妙地设计了一种目标点指向任务,要求猕猴和人类被试在自己的真手被遮挡的情况下,尽量准确地用自己的手指向目标点。同时,研究人员利用计算机处理,在视频上实时呈现被试的手臂画面。为了产生不同程度的错觉效果,视频中的手臂画面与被试的真手会存在不同程度的偏差。如下图中所示,如果视频中的手顺时针偏转30°,被试感觉到的手臂位置会往视频中假手的方向偏移,因此,他们指向的位置会偏向目标点的左侧。此时,目标点就代表了被试主观上感觉到的手臂位置,目标点与真手之间的偏差(本体感觉偏移)程度则代表了被试多大程度上觉得视频中的手就像是自己的手。

  猕猴也能产生与人类相似的身体幻觉

  更重要的是,研究人员通过电生理记录的方式,发现了猕猴大脑是通过计算推理来表征自我的。“打个比方,电视里的人声音和动作不一致,我们会感觉难受,如果偏差较小例如只有几毫秒,大脑还是会尝试去整合视觉和听觉信息,但当偏差越来越大,大脑就会尝试去分离信息,或只看字幕,或只听声音。”王立平告诉解放日报·上观新闻记者。

  如果大脑接收到的各种信息之间存在冲突,那么大脑就需要根据各种信息的可靠性来推测这些信号背后来源的真实情况。将这个原理利用到身体感知中,比如我们看到自己的手臂和本体感觉到的自己的手臂这两者信息正常情况下是保持一致的,我们的大脑会推断出这两个信号来自同一来源,就是“自己”;但是当大脑某些时候出现问题时,看到的信息和身体感觉到的信息出现矛盾时,大脑会觉得有多于一个来源的存在,比如幻觉的产生。我们的大脑则类似于一架贝叶斯推断机,它能够整合根据经验得到的先验预期和当前感官接收到的信息,来估计相关事件发生的概率。研究人员发现,人和猕猴的行为结果确实符合贝叶斯因果推断模型的预测,即当视频中的手和真手的空间位置越接近,大脑认为两种信息来自同一来源(真手)的可能性就越高。当然,在某些特定条件下,比如精神分裂症,当神经系统的感知整合不再受控,主观体验也会随之偏离正轨。

  通过行为学测量和计算建模,研究人员发现猕猴也能产生与人类相似的身体幻觉。当被试在视频反馈系统中所见的视觉手臂和真实手臂发生偏差时,被试因为身体错觉而产生本体感觉偏移,当这种偏差较小时,被试认为视觉手臂就是自己的手臂;而当偏差逐渐增大时,本体感觉偏移却不再增大甚至减小,表明被试更多地利用了本体感觉手臂而忽略了视觉手臂信息。另一个重要的信息是,我们看到的虚拟现实中的手必须和自己手臂长得类似,比如将其换成一个木块就会让我们对身体的拥有感极大的降低。

  “由此可见,大脑对身体拥有感以及身体空间位置的编码,不仅依赖于外界的感觉信息输入,还受到内在已有的身体表征的影响。”王立平说。


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