镜像箱诱导的“非自我感”对大脑皮层运动兴奋性的半球特异性影响

《Cortex》:Hemisphere-specific effects of mirror box-induced disownership on corticomotor excitability

【字体: 时间:2026年02月05日 来源:Cortex 3.3

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  镜像盒错觉改变身体所有权感知,经颅磁刺激(TMS)显示右侧M1在同步敲击时皮质运动兴奋性增强,左侧无差异,提示半球特异性机制。

  
佐佐木龙之 | 渡边花奈 | 杉原健一
日本神奈川县横须贺市,神奈川人类服务大学健康与社会服务研究生课程

摘要

背景

身体所有权是指一种感觉,即身体属于自己。这种感觉可以通过镜箱错觉(MBI)来操控,该错觉可以调节体感处理。然而,身体所有权的改变是否会影响运动处理尚不清楚。因此,我们旨在使用经颅磁刺激(TMS)来研究改变的身体所有权对大脑皮层运动兴奋性的半球特异性影响。

方法

共有20名健康参与者参与了研究。使用镜箱来调节身体所有权的感觉。参与者观察自己右手或左手的镜像,并在15.2厘米的间隙内同步或异步地敲击两根食指60秒。反射侧的实际手指被纸板和布遮挡。通过右脑或左脑初级运动皮层(M1)进行TMS刺激,以诱发运动诱发电位(MEPs)。身体所有权的改变通过错觉的生动程度(VI)和本体感觉漂移来评估。

结果

与异步敲击相比,同步敲击后右手(左M1刺激)的MEP幅度增加,而左手没有这种效应。同步敲击后VI得分和本体感觉漂移更大,但双手之间没有差异。

结论

无论哪一侧,参与者都认为他们的手比实际位置更靠近镜子。镜箱引起的身体所有权错觉导致了大脑皮层运动兴奋性的半球特异性调节,表明改变的身体所有权以侧化的方式影响运动输出。

引言

身体所有权是一种主观感觉,即身体的一部分属于自己(Botvinick & Cohen, 1998; Crivelli et al., 2021; Tsakiris, 2010),它是自我意识的一个基本方面(Tsakiris, 2010),长期以来一直受到科学家和哲学家的关注。这种显而易见的感觉是自动发生的,而不是通过有意识的推理产生的。它由自上而下的身体内部模型(Tsakiris, 2010)和整合来自视觉、触觉和本体感觉的自下而上的信号的多感官处理来协调(Medina et al., 2015)。在这个框架中,存储的身体模型首先区分属于自己身体的物体和不属于自己身体的物体。随后,在线的解剖学和姿势表征塑造了多感官整合,重新校准了视觉-触觉坐标系统,从而产生了身体所有权的主观体验(Tsakiris, 2010)。因此,身体所有权不能仅通过单一的感觉模式轻易改变(Tsakiris, 2010)。越来越多的证据表明,额叶和顶叶大脑区域在支持这种感觉中起着核心作用(Grivaz et al., 2017)。值得注意的是,在神经病理条件下,如中风患者(Baier & Karnath, 2008)、脑肿瘤患者(Smit et al., 2019)和精神分裂症患者(Thakkar et al., 2011)中,身体所有权可能会受到干扰。此外,对健康个体的实证研究(详见后续部分)表明,这种感觉可以通过实验进行调节(Botvinick & Cohen, 1998; Ramachandran et al., 1995)。这些发现表明,身体所有权不仅仅是一个哲学抽象概念,而是由大脑中的神经活动实现的神经认知功能。
有两种行为范式可以有意改变身体所有权的感觉:橡胶手错觉(RHI)(Botvinick & Cohen, 1998)和镜箱错觉(MBI)(Ramachandran et al., 1995)。这两种范式通过不同的途径产生视觉-体感不匹配:RHI通过视觉-触觉整合(Kanayama et al., 2021),而MBI通过视觉-运动整合(Liu & Medina, 2017)。在RHI范式中,实验者同时抚摸参与者隐藏的手和放置在参与者面前的可见橡胶假肢手。这使得参与者报告说他们体验到的触觉感觉似乎来自假肢手(Della Gatta et al., 2016; Dempsey-Jones & Kritikos, 2019)。在MBI范式中,镜子放置在参与者的身体中线上,隐藏一只手,同时显示另一只手的反射(Ramachandran et al., 1995)。这种设置产生了一种错觉,即隐藏的手是可见的,并且感觉就像它是参与者自己的手一样。Medina等人(2015)引入了该范式的改进版本。在这种设置中,参与者的右手被隐藏起来,他们同步或异步地敲击相距数十厘米的两面平行镜子,同时观察自己手的反射。仅同步敲击就强烈引发了隐藏手的所有权错觉,使参与者认为他们的右手更靠近镜子的左侧。因此,RHI和改进的MBI范式引起了视觉和体感输入之间的差异,减少了对自己实际手的所有权感觉,这被称为身体所有权的丧失。这些人为操作加深了我们对身体所有权改变如何影响人类行为的理解。
这些范式已被广泛用于研究健康参与者身体所有权感觉的神经生理机制(Della Gatta et al., 2016; Dempsey-Jones & Kritikos, 2019; Medina et al., 2015; Otsuru et al., 2014)。身体所有权的改变如何影响体感处理和行为已得到广泛研究(Ataka et al., 2021; Chancel & Ehrsson, 2023; Crivelli et al., 2023; Otsuru et al., 2014; Sakamoto & Ifuku, 2021)。例如,Otsuru等人(2014)使用脑磁图发现,在存在视觉-体感不匹配的情况下,左食指受到电刺激时,右脑初级体感皮层的皮层反应在大约50毫秒时增强。此外,Ataka等人(2021)进行了一项行为实验,证明在RHI期间参与者隐藏手的触觉敏感性降低(Ataka et al., 2021)。尽管这些研究是在健康参与者中进行的,但它们表明身体所有权的改变可以调节体感处理,支持这样的假设:在以身体所有权紊乱为特征的神经病理条件下,类似的机制可能导致体感感知的改变。与这些发现相关的是,一项元分析揭示了RHI期间的关键大脑区域,包括后顶叶皮层(PPC)(右顶内沟、左顶内沟和上顶叶小叶)、右腹侧前运动皮层和左前岛叶(Grivaz et al., 2017)。尽管这些RHI相关的区域不应被过度泛化到身体所有权,但这项综合分析表明,控制身体所有权的大脑区域在功能上是侧化的。值得注意的是,一项行为研究表明,使用MBI对身体所有权的操作取决于目标手;当目标是隐藏的左手时,双侧皮肤温度降低,本体感觉漂移更大(Crivelli et al., 2023)。这种模式可能反映了与手的使用相关的差异,特别是非主导手(左手)的感知较差或更不稳定,这增加了对冲突信息的敏感性(Crivelli et al., 2023),或者与半球侧化有关(可能是右半球主导)(De Ridder et al., 2007)。然而,主要决定因素仍然不清楚。
越来越多的证据表明,身体所有权的减弱会影响体感处理;然而,其对运动处理的影响相对较少被探索。运动控制依赖于视觉和体感输入的整合,以执行正确和有效的运动(Rothwell et al., 1982)。由于这些输入有助于身体所有权的感觉,这种感觉的改变可能会影响运动处理。Della Gatta等人(2016)研究了改变的身体所有权如何影响皮层运动兴奋性,使用单脉冲经颅磁刺激(TMS)在右脑初级运动皮层(M1)上进行测量。他们发现,分离真实的手会导致皮层运动兴奋性的降低。然而,他们的研究仅限于右手,并且没有使用MBI来检查其效果。鉴于与身体所有权相关的大脑功能的侧化(Grivaz et al., 2017),在MBI期间,左右半球之间的皮层运动兴奋性变化是可能的。与此观点一致的是,神经病学状况表明,身体所有权可能会受到大脑病理的影响——通常伴随着右半球的优势(例如,中风后的体感异常)(Baier & Karnath, 2008; Jenkinson et al., 2020; Klaver & Dijkerman, 2016; Lewis et al., 2007)。此外,RHI和MBI中使用的错觉诱导方法可能会产生不同的结果(Crivelli et al., 2021; de Haan et al., 2017)。因此,我们旨在使用MBI研究改变的身体所有权对皮层运动兴奋性的影响,重点关注侧化。基于右半球对身体所有权的感觉占主导地位(Baier & Karnath, 2008; Jenkinson et al., 2020)以及对皮层运动兴奋性的已知影响(Della Gatta et al., 2016),我们假设在MBI期间,身体所有权的丧失会更多地降低右半球的皮层运动兴奋性。与RHI不同,MBI需要双手运动——这会改变皮层运动兴奋性——来诱导身体所有权的丧失。TMS研究表明,即使2分钟的手指运动也可能降低皮层运动兴奋性(Miyaguchi et al., 2016)。由于该范式必然涉及运动,这种影响无法消除。因此,在我们的研究中,我们假设在MBI期间的任何运动条件下的运动诱发电位(MEPs)的降低主要反映了运动引起的皮层运动兴奋性的降低。如果MBI确实以半球特异性的方式产生影响,这项研究可能会提供关于身体所有权在感觉-运动系统动态中作用的新见解。

部分摘要

样本量计算

我们使用G*Power 3.1.9.7(Faul et al., 2007)估计了所需的样本量,基于文献中估计的效果大小(Crivelli et al., 2023)。2 × 2交互作用(刺激侧 × 敲击类型)被建模为重复测量ANOVA代理,用于线性混合模型分析。我们首先从报告的F统计量(F = 10.597)及其自由度(df1 = 1, df2 = 92)计算出部分η2(0.103)(Richardson, 2011)。随后,我们将部分η2转换为Cohen的f值。

结果

我们的研究包括26名参与者。其中6名参与者因MEP阈值过高(无法诱发MEP)而被排除,最终分析样本为20名参与者。没有参与者报告TMS后的副作用。基线和MBI条件下的MEP数量在刺激侧之间没有差异([基线MEP:右M1,平均值±标准差=3.5±9.9次试验;左M1,2.0±3.0次试验;Z=-0.175,P=0.86];[MBI条件下的MEP:右]

讨论

我们研究了使用TMS在左M1和右M1上测量的皮层运动兴奋性的改变的身体所有权的侧化效应,考虑了一个改进的MBI范式。与之前的一项研究(Crivelli et al., 2023)的报告相反,我们在足够的样本量下没有检测到VI和本体感觉漂移的侧化效应,而在错觉期间同步敲击时身体所有权的感觉被强烈调节。尽管没有发现侧化效应

科学透明度声明

数据:支持这项研究的所有原始和处理后的数据均可公开获取:https://figshare.com/s/95f703375176156d687d
代码:支持这项研究的所有分析代码均可公开获取:https://figshare.com/s/95f703375176156d687d
材料:支持这项研究的所有研究材料均可公开获取:https://figshare.com/s/95f703375176156d687d
设计:本文报告了所有研究中作者如何确定所有样本量、所有数据排除标准以及所有数据纳入标准

CRediT作者贡献声明

佐佐木龙之:撰写——初稿、可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、方法论、调查、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。渡边花奈:撰写——审阅与编辑、可视化、调查、正式分析、数据管理。杉原健一:撰写——审阅与编辑、监督、资源、项目管理、调查、资金获取

未引用的参考文献

Ehrsson, 2020; Opie et al., 2020.

数据和材料的可用性

研究的原始数据可在以下链接共享:[https://figshare.com/s/95f703375176156d687d

资金来源

这项工作得到了日本学术振兴会(JSPS)为年轻科学家提供的研究奖学金和资助(资助编号:222270200002MY和23KJ1810)的支持。

利益冲突声明

我们没有任何需要声明的利益冲突。

致谢

我们想感谢Editage(www.editage.jp)对英文进行的编辑。
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