導語/ Introduction

日常生活，我們無時無刻不在感知酸甜苦辣、寒熱溫凉。但這些習以為常的溫度感受與刺激反應，是如何在神經系統中轉化為電脈衝的呢？

美國生理學家David Julius和美國分子生物學家Ardem Patapoutian因這方面的貢獻榮獲2021年諾貝爾生理學或醫學獎。其中Ardem Patapoutian發現了對觸覺和本體感覺至關重要的Piezo，為機械敏感離子通道的研究拉開序幕。

莎娜（Sana），一比特嬌小的，有著一頭棕色卷髮的31歲法國女人，正坐在美國國立衛生研究院臨床研究中心的一把椅子上。她面前放了一張桌子。12臺紅外攝像機圍繞在她周圍記錄她每一次行動。測試即將開始。

一隻黑色的圓筒立在莎娜面前的桌子上，頂端放著一個銀色的塑膠小球。挑戰內容如下：莎娜需要先用手指觸碰自己的鼻子，再觸碰她面前的小球。這很簡單。她成功碰到了自己的鼻子，又碰到了小球。

現在輪到難的部分了。

一比特實驗室技術員請莎娜閉上了眼睛。他先把莎娜的手指放在了小球上，然後把她的手指移向她的鼻子。技術員隨後放手並請莎娜自己閉著眼睛嘗試這一動作。

突然之間，莎娜腦海中的小球位置資訊仿佛被清除了。莎娜摸索著，左右晃動自己的手臂。她成功碰到小球的動作更像是巧合。她掙扎地尋找自己鼻子的位置，錯了好幾次。

“我像迷路了一樣。”莎娜通過口譯員如此說道。閉上眼睛時，她根本不知道自己的身體在空間裏所處的位置。

正在讀這篇文章的你也可以自己試試看。在你面前放一個水杯，睜著眼睛重複碰幾次它的頂端，然後閉上眼睛，試著去找找它的位置。你可能依然可以碰到它。

閉上眼睛時，我們對世界和自己身體所處位置的感知並沒有消失，一種非視覺的印象依然存在。這種感覺被稱為本體感覺（proprioception）：一種對四肢相對位置和身體空間位置的意識。正和其他感覺（視覺、聽覺等）一樣，它是我們的大腦在這個世界裏的導航助力。科學家們有時把它稱為“第六感”。但它又和其他感覺有著關鍵的不同之處。我們知道捂住耳朵感覺到的是靜默，也知道閉上眼睛看到的是黑暗。可除了極少數的情况之外，本體感覺從不關閉。

莎娜是世界上少有的幾比特知道本體感覺關閉的感受的人之一。她36歲的姐姐薩珊（Sawsen）亦是其中之一，於2019年8月也接受了美國國立衛生研究院的測試。她和莎娜一樣，也很難在黑暗中找到自己鼻子的位置。

“在家的時候，”薩珊說，如果停電的時候她站著，“我會摔倒。”形容那種感受和想像它一樣困難。“那就好像你帶著眼罩被人旋轉了好幾次，然後被要求向一個方向走去。在開始的幾秒內，你根本不知道你該走向哪兒。”完全迷失方向。

這對姐妹（為保護她們的隱私，我不會提到她們的姓氏）也和我們分享了另一樁奇事：她們對大多數自己觸碰的東西沒有任何感覺。“就算睜著眼睛，觸碰小球的時候我也感覺不到它。”薩珊說。

觸覺上的“盲人”

在所有感覺裏，觸覺和本體感覺可以說是我們理解最淺的。但在過去的十年間，神經科學家們對此有了極大的突破，揭示了觸覺和本體感覺的工作機制。對於截肢人群而言，這給更好地治療病痛和完善假肢帶去了希望。同時，科學突破也讓我們更完整地理解身為人類以及通過身體感受世界的意義。

莎娜，薩珊，和少數其他類似的患者是研究觸覺和本體感覺的科學家們理想的實驗對象。他們的肌肉和大腦與常人無異，只僅僅缺少一樣微小卻極具影響力的東西：一個分子大小的、像大門一樣的感受器，通過它，身體上的受力得以進入神經系統，又上升至意識。這個感受器名為piezo2，十年前剛剛被發現。這個分子的缺失本質上讓患者在本體感覺的系統裏失去了“眼睛”，也讓他們的皮膚無法感受特定的感覺。

這種病人數量極其稀少——美國國立衛生研究院團隊和他們全世界的同事只找到了18例，其中最先的兩例被記錄在2016年的《新英格蘭醫學雜志》裏。這兩例案例的重要性“等同於找到第一個盲人或是聾人”，亞曆山大·切斯勒（Alexander Chesler），一比特曾經和莎娜、薩珊以及其他患者合作的美國國立衛生研究院神經科學家說，“根據我們現在對此感受器的瞭解，這些病人正是觸覺上的‘盲人’。”

在缺失感受器的情况下，人很難控制自己的身體，特別是在他們的視線被阻斷的時候。而且這種稀少的遺傳病的症狀經常被誤診或是很多年都診斷不出。

小分子的大影響

卡斯滕·鮑曼（Carsten Bönnemann）是一比特追跡神經醫學謎題的偵探。每當有兒童患有難以診斷的神經病學症狀時，他就會突然出現，試著解决難題。“我們尋求無法解釋的案例。”鮑曼作為美國國立神經病及中風研究所的兒童神經科學家說道。

2015年，正是一個這樣神秘的案例把他帶到了加拿大的卡爾加里市，去檢查一比特有奇怪病狀的18歲女性。她能走——她7歲左右就學會了——但只能在她盯著自己脚的情况下。她如果在站立的時候閉上眼睛，就會跌倒在地。好似她的視線能打開一個秘密的開關，打開就能讓她能控制看到的身體部分。視線之外，她就不能控制自己的身體。

“當我檢查她時，我意識到她沒有……本體感覺。”鮑曼說。閉上眼睛的時候，她完全感覺不到醫生上下緩慢移動她手指的動作。但是感覺的缺失並不只限於她的手指關節處。她的手肘，肩膀，臀部——任何身體關節——都沒有對運動的感知。

雖然不常在我們的自覺意識裏，本體感覺依然有非常重要的作用。“如果你想動作協調，你就一定得知道自己身體在運動中每時每刻所處的位置，”亞當·漢特曼（Adam Hantman），一位在霍華德·休斯醫學院研究本體感覺的神經科學家如是說道，“你可以看著自己的四肢，但那意味著你就不能看其他地方。”本體感覺讓我們的雙眼能够把注意力投放在身體之外。

為了診斷症狀，鮑曼團隊測定了這位女孩的全部基因序列，找到了一處編碼觸覺感受器piezo2的基因變異。2015年，piezo2對於科學界來說還十分新奇。

在很久以前，科學家們就已經知道，各種各樣的特殊神經專門用於感知外部世界。如果把神經比作傳輸外部資訊進入大腦的電線，那這些感受器就是產生電訊號的開關——生物機器的第一個齒輪。

這一對piezo2的里程碑式的發現誕生在斯克裡普斯研究中心，那裡的研究人員花費了數年時間用小型玻璃探頭刺探細胞（被戳時，piezo感受器會產生微小的電流，“Piezo”在希臘語裏是“按壓”的意思）。研究人員找到了兩種感受器——piezo1和piezo2。當含有這些感受器的細胞被拉伸時，感受器就會打開，讓離子湧進來並發出電脈衝。

piezo1和我們身體內寘的血壓調節系統以及其他依賴於壓力感知的體內系統都有關聯。後續研究揭示，piezo2是一種對觸覺和本體感覺都很關鍵的分子，是機械力進入我們意識的大門。

2015年，科學家們才剛剛開始研究piezo2對老鼠的作用，更不用提對人類了。鮑曼必須對此展開更加深入的研究，所以他回到了比特處馬里蘭州貝塞斯達的美國國家衛生研究院，然後給當時正在對老鼠做缺失編碼piezo2的基因實驗的切斯勒發了郵件。鮑曼在郵件中提及加拿大的病人和另一比特聖地牙哥的8歲女孩的情况——她們已經被確診有此類基因變異。

“我基本上是摔出了自己的椅子然後沖去他的辦公室。”切斯勒回憶道，“我絕不會有機會請我的老鼠描述它們的生活和實驗經歷。”

神秘的觸覺解釋說

莎娜和薩珊，就像鮑曼的第一位病人一樣，生來就帶著使piezo2無效的基因變異。這讓她們一生都要忍受本體感覺、觸覺和運動上的障礙。她們都能自己走一點路，但出行還是需要電動輪椅。她們能够獨立生活。莎娜是一比特臨床心理學家，而薩珊成立了一個為殘障兒童設立的營地。

她們不知道有本體感覺的生活是怎麼樣的，所以更難表述缺失本體感覺的生活是怎樣的。“我沒有好的參照物，因為我一直如此。”莎娜說。

在醫療記錄提及的少數幾比特缺失本體感覺的案例中，最為著名的是宜恩·沃特曼（Ian Waterman）：一比特感知觸覺和本體感覺的神經因感染而損傷的英國男性。這使他從脖子以下沒有任何感知或者本體感覺，即便他還能活動自己的身體。那就好像處在“無四肢的迷茫狀態”中，神經科學家喬納森·科爾（Jonathan Cole）在沃特曼的醫療記錄中寫道。

BBC紀錄片《The Man Who Lost His Body》

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BBC

沃特曼顯然患有神經損傷。然而，直到一年前，莎娜和薩珊都不知道造成她們的奇怪症狀的原因。而後，她們也被檢測出piezo2基因變異陽性，這把她們引向了鮑曼和切斯勒正在進行的關於piezo2對人類作用的研究。到目前為止，研究人員已經見到過12比特攜帶無效piezo2感受器的患者。

因為含有很多類型，而且每一類都依賴於些微不同的神經和感受器系統，觸覺實際上是一種非常複雜的感覺。

僅僅是欣賞一下我們能感知的所有就足以讓人敬畏。“如果有個人偷偷躲在你身後，哪怕只動一根你的頭髮，你都會馬上感覺到，”切斯勒說，“這是最令人驚豔的生物工作機制之一。”

從很多層面上講，我們身體能感知的訊息都比眼睛、耳朵和嘴巴接收到的多變得多。比方說，冷熱感知和輕觸覺（light touch）感知會用到不同的神經和感受器（有些感受器最近才被發現）。疼痛、癢和壓力也不一樣。也有一些觸覺感受取決於情境。想像一下T恤輕觸你身體的感覺是怎樣在穿著很久之後從你的意識中慢慢减退的。但在太陽下烤著的時候穿同一件T恤突然就變得不能忍受了。

沒有piezo2，那對姐妹感覺不到輕微的觸碰，特別是她們的手和手指。薩珊告訴我說，當她把她的手放在皮夾裏的時候，“我會把手從包裏拿出來，以為我正握著一樣東西，但我手上其實是空的。”她感覺不到物件，也不知道自己的手在哪裡。囙此，如果她不直視皮夾，那對她來說就是一個黑洞。

但這對姐妹能感覺到冷熱，壓力，也不對痛覺免疫。尤其是，她們能感知到刺痛。

薩珊培養了精准射擊的愛好（為了釋放壓力），給武器的扳機裝上了一個硬邊方形小塊。當她把手指摁在硬邊上的時候，她能感覺得到它。

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這類掐捏造成的刺痛感一定是從不同於piezo2的感受器傳入神經系統的。“所以對於那種你掐捏的時候產生的刺痛感，我們其實並不清楚在分子層面上是什麼引起了你的神經元活動。”這很讓人意外。在2019年，刺痛是怎樣一步步搭建樂高一般進入我們的神經系統的，依然是一個科學謎題。

這對姐妹能感覺到刺痛，卻感覺不到另一種觸痛感（tactile allodynia），即平時舒適的輕觸覺變得疼痛。實驗室裏，研究人員通過用辣椒素（capsaicin）——辣椒中導致辣感的化學物質——摩擦皮膚來產生觸痛感。

還有另一個謎團：這些患者身上覆蓋毛髮的皮膚部分，比如手臂，能感覺到撫摸。但奇怪的是，他們似乎感覺不到單獨毛髮的移動。“我們不清楚這到底是怎麼做到的。”切斯勒說道。也就是說，現時的神經科學完全不理解這種感覺是怎麼產生的。

正是這些洞悉讓這項研究能有實際作用的成果，即治療疼痛的新方法。科學家們希望通過辨別物理感覺的感測器學會如何增强，或是在引起疼痛時關閉感受器。

這是痛覺研究的夢想。”切斯勒說，“我們能不能擺脫現在看待痛覺的粗略管道，從更系統的層面來理解它？”例如，如果你不知道負責刺痛的感受器，你就不能設計出一款藥物將它關閉。

本體感覺之謎

觸覺很複雜。本體感覺可能比它更複雜。但通過研究本體感覺，研究人員可能會有延伸出人體之外的新發現或發明。

我們的肌肉深處有一種名叫肌肉紡錘（muscle spindles）的纖維，是一捆記錄肌肉拉伸的纖維和神經。在肌肉紡錘的神經末端，是的，你就能找到piezo2。當肌肉受到拉伸和收縮時，piezo2會把所有的資訊傳輸到你的脊髓來判斷四肢所處的位置。

神奇的是，你身體裏的所有肌肉每時每刻都在傳遞這樣的訊息。你的神經系統不知為何不需任何自主意識就能處理海量的這類資訊。這怎麼可能被我們意識到呢？你會由於資訊超載而發瘋的。

不如思考一下人是怎樣坐直的。你背部的所有肌肉都必須傳遞正確的資訊來讓你的脊柱保持直立，而缺失piezo2的患者則沒有這項功能。他們沒有指導大腦如何對齊脊柱的背部肌肉，所以通常具有側彎的身體姿勢（據我所知，很多患者出生前在子宮中也是錯位的，抑或是一出生就患有髖關節位移——這是本體感覺根本作用的體現）。

由於缺失本體感覺主要的輸入資訊，莎娜和薩珊一定要集中注意力才能避免迷失方向。有些時候，莎娜說，僅僅是頭髮遮住眼睛就會讓她失去自己身體所處的方向。當有人因離她的臉太近而阻隔了她的周邊視覺（peripheral vision）時，同樣的情况也可能發生。這意味著她需要更努力地集中注意力才能親吻別人。

- Ramona Iurato -

大腦毫不費力地綜合所有本體感覺訊息的過程依然是一個晦澀的謎題。“最令人驚奇的是它的靈活性，”漢特曼評估道，“你可以讓我去取一個杯子，同時要求，‘動作不能和、之前做過的重複’。而且不用練習，我就能把手放在背後上下移動去够杯子。我以前從來沒有做過類似的動作，但我在未練習時就能輕易做到。”

研究中還有很多迷人的複雜謎題沒能被科學家們完全解開。科學家們基本上把觸覺和本體感覺當作不同的系統。“但它們在某種程度上又是互相重疊的。”喬裏安·德·諾伊（Joriene De Nooji），一位在哥倫比亞大學研究本體感覺的神經學研究員說道。皮膚裏的感受器幫助我們理解四肢的位置。“走路的時候，每當你走一步，你的脚底各種各樣的壓力感受器都會被啟動。”她說。這同時也把身體所處位置的訊息傳遞至大腦。

我們有非常非常多的資訊輸入感覺系統，來及時回饋並指導意識掌控身體的運動。“研究大腦是如何綜合這些資訊的——它所建造的模型的算灋和應用——能幫我們造出更好的機器。”漢特曼說。

這類研究特別是能幫助研究人員完善由截肢人群的神經系統直接控制的義肢。“現在的機器已經能够較好地接受大腦的指令來移動義肢，”他說，“但我們還遠遠不能完善機器，形成迴響閉環，即反過來從機器讀取感覺訊息。”

大腦還有另一項研究人員十分想理解的利用本體感覺的功能：它是如何補償本體感覺的損失的，就像莎娜和薩珊的例子。

大腦最了不起的能力

肌肉紡錘和其他神經末端能够解釋本體感覺是如何工作的，但更奇怪的是它如何在我們的意識中呈現。

我一直在思考，當我閉上眼睛去觸碰某件東西的時候發生了什麼。我面前的桌子上放了一個玻璃杯。我閉著眼睛也能抓到它。我努力集中注意玻璃杯的空間位置，然後解剖這種感覺：我現在究竟在經歷什麼？

仿若試圖描述一場白日夢。你知道它存在，感覺也很真實，但它偏偏沒有任何形狀。“這就是意識。”雅登·帕特珀森（Ardam Patapoutian），一比特斯克裡普斯研究中心的神經科學研究員評論道。正是他的團隊首次發現了piezo感受器。意識的物質層面，他說，就是部分由本體感覺來輸入資訊和塑造的。

《後港》

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徐啟軒

在寫這個故事的時候，我曾經想像大腦創造意識猶如巫師製作魔藥。這位巫師從肉體選取感覺輸入，比如觸覺、溫度、關節感知，再和思想、情緒、記憶和對世界的預期攪拌在一起，扔進鍋裏合成我們的意識。整體的自我意識產生於這些分散的部分，卻遠大於它們之和或任一單獨部分。

但這並不意味著如果你漏掉某一原料，魔藥就會變質。莎娜和薩珊沒有piezo2感受器傳遞訊息，但她們的大腦依然能用其他原材料來補償。她們和其他人一樣有意識。

切斯勒認為這對姐妹的大腦依然有能力繪製她們身體的地圖，只是需要用到其他的輸入資訊，比如視覺或者其他感官，如冷熱和疼痛。就像善用聽覺的盲人，她們用自己其他的感覺來補償所缺失的資訊。當莎娜閉著眼睛觸摸圓柱體時，她說她正試著根據空調風管猜測小球的位置。她記得小球旁邊比較凉爽，所以在試圖找到空間裏溫度較低的點。

“她們的大腦是如何在缺少常人所必需的資訊下構建身體形象的？這恐怕是關於本體感覺最關鍵的問題之一，”切斯勒說，“也是我希望在未來幾年內我的團隊能開始解答的問題。”

但有一個事實你不需要研究就能明白：人類的大腦有著不可思議的彈性。

“你慢慢習慣自己的身體，”薩珊說，“學著如何處理接觸到的資訊。”

作者：Brian Resnick|封面：Leonardo Santamaria

譯者：Jinhan|審校：杜彧|排版：平原

原文：

https://www.vox.com/the-highlight/2019/11/22/20920762/proprioception-sixth-sense