在前臂截肢者的残肢皮肤投弓手指图谱区域进行刺激可诱发触觉。本辩论旨在进一步探究诱发触觉与低级躯体嗅觉皮层核心行径之间的神经商量性。两名前臂截肢者参与了本辩论。辩论接纳脑磁图神经影像本事揭示低级躯体嗅觉皮层的行径，同期使用双相电流脉冲序列刺激投弓手指图谱中的拇指与小指区域以及对侧手的拇指与小指。对其中别称受试者，在其投弓手指图谱的拇指与小指皮肤区域施加局部麻醉，以考试阻断外周神经传导对低级躯体嗅觉皮层核心行径的影响。两名受试者取得的收尾标明，刺激截肢侧投弓手指图谱的拇指与小指区域所产生的低级躯体嗅觉皮层神经行径，与刺激对侧手拇指及小指所产生的行径通常，二者均相宜低级躯体嗅觉皮层的躯体定位组织本性。低级躯体嗅觉皮层行径的强度与外周刺激的幅度成正比。相当值得防卫的是，局部麻醉镌汰了脑磁图响应所揭示的低级躯体嗅觉皮层核心行径强度，同期受试者表现的诱发触觉明锐性也随之镌汰。这种神经商量性似乎标明，残肢皮肤投弓手指图谱中的手指区域在神经剖解学上与低级躯体嗅觉皮层的手指区域相连络。因此，对投弓手指图谱进行电刺激好像诱发与平素手指通常的当然嗅觉。这为从仿新手到前臂截肢者、具有手指特异性的当然嗅觉反馈成立了神经基础。

一、引子

领域上肢截肢者灵验适度仿新手的要津本事之一是嗅觉反馈问题。竣事仿新手精明适度的愿景激励着众人辩论东谈主员开发各式轮番来规复嗅觉反馈功能。对投弓手指图谱进行经皮神经电刺激是一种产生可区离婚指嗅觉的灵验轮番，该嗅觉被称为诱发触觉。鉴于其安全性和方便性，经皮神经电刺激是提供非侵入式触觉反馈的合理聘请。咱们前期的辩论已诓骗脑磁图神经影像本事证明，刺激投弓手指图谱在低级躯体嗅觉皮层产生的核心行径，与刺激对侧手所激励的行径通常。先前收尾考据了脑磁图好像在刺激外周投弓手指图谱时捕捉到低级躯体嗅觉皮层的核心行径，且被激活的皮层区域相宜嗅觉皮层的躯体定位组织。这可能指示，诱发触觉的一种潜在机制是离断的神经束重新融合残肢皮肤下的感受器中。

本辩论进一步考试了刺激外周投弓手指图谱与激励的低级躯体嗅觉皮层核心行径之间的神经商量性。辩论中，使用双相电流脉冲序列刺激受试前臂截肢者的投弓手指图谱区域及对侧手。通过脑磁图纪录低级躯体嗅觉皮层的核心行径，该本事通过检测大脑皮层中诱发的特定电流来评估神经行径。本辩论使用复方利多卡因乳膏来移动投弓手指图谱刺激时期的外周神经传导。本辩论旨在提供更多凭据，标明经皮神经电刺激产生的诱发触觉访佛于截肢前平素手指的当然嗅觉。因此，这将为一种面向截肢者的新式嗅觉反馈轮番奠定神经基础。

二、轮番

01. 受试者

通过上海交通大学生物医学工程学院 Med-X 辩论院，招募了两名受试者参与本辩论。受试者信息列于表1。本辩论经上海交通大学生物医学工程学院动物与东谈主体辩论伦理委员会批准。实验运转前，已向受试者说明实验过程并签署知情答允书。

表一：受试者基本信息

02. 实验成立

机械压力与电刺激均可诱发嗅觉感知。使用一支特制的带考究金属头的笔来识别残肢皮肤上的投弓手指图谱。通过用此考究笔按压截肢残端的不同皮肤区域，联结受试者的形容，可识别出投弓手指图谱区域。对应于拇指和小指顶端的最明锐区域被标出，并在图1(A)平分离标识为1(T)和1(L)。对侧手的拇指和小指分离标识为2(T)和2(L)。

图1：（A）对侧手与截肢残端投弓手指图谱的刺激位置示意图。左侧为截肢侧，右侧为对侧。（B）刺激电流风景示意图。（C）脑磁图纪录过程及开拓图示。

本辩论使用的名义刺激电极为无纺布名义电极，其直径被编著至约10毫米。电极通过骚扰器连络至Master-9刺激器。Master-9是一种电流发生器，可用于产生双相、可编程的电流脉冲。直径10毫米的刺激电极好像匹配投弓手指图谱区域并产生更精准的嗅觉。参考电极直径为25毫米。刺激电极置于1(T)、1(L)、2(T)、2(L)位置。参考电极甩掉在肘部隔壁、围聚上臂处。

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本辩论使用的刺激电流为单脉冲序列，如图1(B)所示。双相单脉冲由一个负向脉冲和一个正向脉冲构成，脉冲宽度均为200微秒。两个脉冲之间存在10微秒的脉冲隔断。刺激电流的幅度由受试者在不同手指的嗅觉强度决定。施加刺激电流时，受试者嗅觉如同有东谈主在敲击手指。跟着电流幅度加多，受试者会嗅觉皮肤受到的压力增强。对投弓手指图谱和对侧手的每个区域进行了三次刺激实践。本实验中，刺激电流的最大值是受试者感到最强压力时的电流值。最小值是产生压力嗅觉的阈值电流。实验中使用的中间值界说为二者之差的一半加上最小值。每次实践包含100次重迭脉冲刺激。两个刺激脉冲之间的时刻隔断为2秒。

03.数据麇集与惩处

使用306通谈全头型脑磁图开拓麇集数据。在施加刺激前，要求受试者闭眼、保捏迂随性静止。在通盘刺激过程中纪录脑磁图数据。来自刺激器的同步触发信号被发送至脑磁图开拓以接济数据惩处。

实验分为两部分进行。一部分是无麻醉条目下的实验，另一部分是局部麻醉条目下的实验。利多卡因是一种常用于减弱袖珍手术中外周痛觉的止痛药。通过阻断钠通谈扼制神经异位放电，利多卡因不错转变上行及核心信号。为幸免互相影响，两部分实验在不同时期段进行。

相比投弓手指图谱和对侧手刺激引起的核心反应，不错考据刺激投弓手指图谱能在躯体嗅觉皮层达到与刺激对侧手指通常的后果。使用局部麻醉是为了考据躯体嗅觉皮层的核心反应源于投弓手指图谱刺激引起的外周嗅觉神经激活。

在每次实验过程中，实践时期捏续向受试者提供电流刺激。每次刺激捏续200秒，即100个脉冲。每个位置禁受三种不同电流幅度的刺激。

最初纪录无麻醉条目下刺激投弓手指图谱和对侧手的第一阶段脑磁图数据。随后，对投弓手指图谱和对侧手的刺激区域施加局部麻醉，并用三种电流幅度刺激每个部位，滚球app下载同期纪录第二阶段的脑磁图数据。

脑磁图数据纪录完成后，对受试者进行脑部磁共振成像扫描。磁共振脑成像用于重建受试者的头部模子，并将脑磁图数据映射到大脑皮层。使用软件Freesurfer惩处磁共振数据以重建脑模子，然后使用软件Brainstorm将脑磁图数据反馈的脑行径映射到磁共振成像的大脑皮层模子上。

在大脑皮层模子中，咱们聘请嗅觉皮层和通顺皮层算作感兴致区域，并裸露脑图谱中与这些区域商量的激活信号。在时域上，信号也通过实践触发平均本事进行惩处。同期检查感兴致区域的平均信号以评估核心神经激活情况。

图2：躯体嗅觉皮层中小指对应区域的行径幅值。横轴代表时刻，零时刻显露刺激电流肇端时刻。纵轴代表脑区行径幅值，所选脑区对应投弓手指图谱中的小指。红线标示峰值幅值出现的时刻。（A）为无麻醉条目下刺激投弓手指图谱中小指的响应。（B）为施加局部麻醉后刺激投弓手指图谱中小指的响应。

三、收尾

对两名受试者脑磁图数据的分析标明，刺激投弓手指图谱和对侧手手指在图3所示的躯体嗅觉皮层区域激励了明晰的响应，分离对应拇指和小指。拇指和小指的行径区域相宜低级躯体嗅觉皮层的躯体定位组织特质，拇指位置较小指更靠外侧。刺激投弓手指图谱和对侧手所激励的低级躯体嗅觉皮层激活区域呈对称分散。这些收尾证明，残肢皮肤投弓手指图谱中的拇指和小指区域在神经剖解学上与躯体嗅觉皮层的手指区域相连络。

图3：躯体嗅觉皮层中拇指与小指的行径区域。红色区域代表拇指。蓝色区域代表小指。（A）与（C）为受试者1在投弓手指图谱及对侧手的手指对应区域；（B）与（D）为受试者2在投弓手指图谱及对侧手的手指对应区域。

对投弓手指图谱区域施加局部麻醉移动了低级躯体嗅觉皮层的响应，受试者表现拇指和小指的嗅觉减弱。图4展示了受试者2大脑中脑磁图响应的分散图。这些图是在低级躯体嗅觉皮层响应达到峰值振幅时生成的，所用刺激电流为最大值。图4中有无局部麻醉条目下低级躯体嗅觉皮层响应的对比标明，在调换刺激电流下，无论刺激投弓手指图谱如故对侧手，施加局部麻醉后的低级躯体嗅觉皮层响应均弱于无麻醉条目。这标明局部麻醉镌汰了皮肤刺激部位的外周神经传导效用，该效应在投弓手指图谱和对侧手均存在。

图4：受试者2的躯体嗅觉皮层行径图。蓝色区域代表低级通顺皮层。绿色区域代表躯体嗅觉皮层。图中已移除这两个区域之外的行径信号。橙色箭头领导躯体嗅觉皮层内的感兴致活跃区域。

低级躯体嗅觉皮层响应的峰值强度与刺激幅度成比例变化。图5展示了受试者2在投弓手指图谱刺激时期低级躯体嗅觉皮层响应强度变化的一个示例。平均而言，对于投弓手指图谱中拇指和小指区域的刺激，较高的电流幅度会导致低级躯体嗅觉皮层峰值响应增强。总体来看，麻醉条目下的低级躯体嗅觉皮层响应小于无麻醉条目。但值得防卫的是，在低电流幅度下，无论是否使用麻醉，低级躯体嗅觉皮层响应的强度临近。这与受试者表现一致，即跳动最小刺激电流幅度后，其在麻醉条目下运转感到刺激减弱。

四、参议与论断

刺激投弓手指图谱区域和对侧手手指所诱发的低级躯体嗅觉皮层响应大约对称，且相宜低级躯体嗅觉皮层的躯体定位组织。这一发现阐明了受试者的表现，即刺激特定手指的投弓手指图谱区域会产生一种当然的触感，仿佛截肢侧的手指被触摸或按压。投弓手指图谱刺激产生诱发触觉的这一参照关系标明，投弓手指图谱皮肤区域内的感受器与低级躯体嗅觉皮层手指区域之间存在径直的神经连络。

图5：特定区域脑磁图幅值变化图。每个点代表在特定电流强度下100次实践的脑磁图幅值平均峰值。蓝色弧线显露平素风景下的刺激。橙色弧线显露施加局部麻醉后的刺激。横轴代表电流强度。纵轴代表脑磁图幅值。（A）图裸露投弓手指图谱中拇指区域的脑磁图幅值。（B）图裸露投弓手指图谱中小指区域的脑磁图幅值。

辩论发现，低级躯体嗅觉皮层响应随投弓手指图谱刺激电流的变化而成比例转变，同期受试者表现相应手指的触觉或压力感增强。在刺激皮肤区域施加局部麻醉，既镌汰了低级躯体嗅觉皮层响应，也减弱了受试者表现的诱发触觉明锐性。这些神经商量性再次显露，投弓手指图谱皮肤下的感受器与低级躯体嗅觉皮层手指区域之间存在径直的神经剖解学连络。对此径直连络的一种可能解释是，把握已截肢手手指的外周神经束重新融合了投弓手指图谱残肢皮肤下的感受器中。

在本初步辩论中，受试者数目和测试次数有限，对于截肢前后低级躯体嗅觉皮层可塑性变化的多少问题仍有待探讨。可是，本辩论成立了轮番论，并为将来探索这一令东谈主奋斗的本事提供了初步收尾。此外，收尾阐明了从仿新手手指向截肢者提供非侵入式嗅觉反馈的神经基础。将来责任将把这种当然嗅觉反馈通路整合到仿新手装配中，以增强截肢者的适度天真性。

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