探秘觸覺手空間表征:視覺缺失下的穩定性研究

《Cortex》:Stability of tactile hand space representation following sensory loss

【字體: 時間:2025年05月07日 來源:Cortex 3.3

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  在日常生活中,手的使用與視覺緊密相關,但人們對自身手部大小和形狀的感知卻存在扭曲。為探究視覺在手部表征及其扭曲中的作用,研究人員測試了盲人和視力正常者,結果發現兩組均有典型手部扭曲,這表明視覺不強烈影響手部皮膚表面空間表征,為理解感官處理和神經可塑性提供依據。

  在我們的日常生活里,雙手可謂是 “大忙人”,從清晨起床掀開被子,到揮手告別家人去上班,再到晚上做飯、吃飯,都離不開雙手的參與。而且,手的各種動作往往都有視覺 “保駕護航”,視覺既能引導我們伸手、抓握,還能幫助調整這些動作。按常理來說,我們對手的大小和形狀應該了如指掌。然而,事實卻并非如此。多項研究發現,人們對自己身體大小和形狀的感知存在顯著扭曲。就拿手部來說,當依靠本體感覺(proprioceptive information)估計手指位置時,會覺得手更寬、手指更短;在判斷手部兩點觸覺距離時,橫向刺激(沿手的寬度方向)會被感知得比縱向刺激(沿手的長度方向)更長。而當通過視覺進行估計時,表現似乎更準確。但以往研究大多只是暫時剝奪參與者的視覺,這就留下了一個疑問:觀察到的視覺對身體表征的影響,會不會只是短期剝奪導致的呢?為了解開這個謎團,來自國外的研究人員開展了一項研究,相關成果發表在《Cortex》雜志上。
研究人員為了探究視覺在身體表征中的作用,找來 36 名意大利盲人(包括 18 名先天性盲人、18 名后天性盲人)和 36 名視力正常者作為對照組,他們在年齡、性別和教育水平上進行了匹配。研究人員讓參與者們完成一項兩點觸覺距離估計任務,要求他們報告左手背和手指上兩個觸摸點之間的感知距離。在實驗過程中,研究人員用 60gr 的 von Frey 細絲對手部進行觸覺刺激,刺激位置分布在左手背的 3x3 網格和手指的特定位置上,且事先讓參與者熟悉不同的實際距離。為了分析數據,研究人員運用了多維度縮放(Multidimensional Scaling,MDS)、Procrustes 分析和拉伸分析這幾種主要技術方法。MDS 用于構建手部和手指觸覺空間的感知地圖,展示其內部幾何結構;Procrustes 分析用來量化不同空間配置的形狀差異,并進行可視化;拉伸分析則估計實際和估計配置在內外側軸上的整體拉伸差異 。

研究結果顯示,不管是盲人還是視力正常者,都出現了典型的手部扭曲。在 MDS 構建的二維感知地圖中,兩者的重建配置都與實際皮膚形狀契合,且相似程度高。通過 Procrustes 分析和拉伸分析發現,兩組參與者都高估了手部內外側軸方向的觸摸距離,最佳擬合拉伸參數均顯著大于 1,但兩組之間在這一偏差上沒有顯著差異。同時,在手指長度的感知上,盲人和視力正常者都存在低估的情況,且低估程度相似。對于手指上每個觸覺刺激點的感知距離,兩組也都判斷比實際距離短。在估計指關節間的間距時,兩組同樣都存在高估現象,并且高估程度沒有差異。

綜合這些研究結果,研究人員得出結論:視覺對代表手部和手指皮膚表面的空間配置沒有強烈影響。這意味著手部扭曲以及身體表征,可能是一種不受視覺剝奪影響的結構特征。身體表征的穩定性或許源于多感官整合(multisensory integration),即使沒有視覺信息,軀體感覺和本體感覺系統也能提供足夠的反饋,維持準確的身體表征。例如,觸覺反饋和本體感覺能夠彌補視覺的缺失,確保身體圖式(body schema)完整。這一研究結果與以往一些認為視覺會扭曲觸覺大小恒常性(tactile size constancy)的研究形成對比。不過,那些研究只是暫時改變視覺,而本次研究針對長期視覺剝奪,表明長期視覺剝奪可能會穩定觸覺大小恒常性機制。此外,研究還發現,雖然視覺經驗可能在某些方面對身體表征有貢獻,但不是影響全身觸覺表征的關鍵因素?偟膩碚f,這項研究揭示了即使在視覺缺失的情況下,身體表征仍具有穩定性,這對我們理解感覺處理和神經可塑性(neural plasticity)有著重要意義,也為后續研究大腦如何整合感覺信息維持連貫的身體圖式指明了方向。

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