《The Lancet Neurology》：Hand prostheses with somatosensory feedback: functional and clinical benefits
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本文系统回顾了体感神经修复术在恢复上肢截肢者触觉、本体感觉和温度感觉方面的最新进展。作者指出，这种多模态反馈不仅能显著改善假肢操作和运动学习，还能有效缓解幻肢痛、增强假肢的化身感，并提升用户的社会互动体验。然而，其临床转化仍需克服技术、成本和验证等多重挑战。本文认为，未来的研究方向应致力于开发用户友好、可负担的个体化解决方案，并通过严谨的临床试验验证其功能与临床获益，以推动该领域从机械替代迈向真正恢复自我感知与连接的新阶段。
引言：失去与重拾之手
人类的手拥有复杂的感知和运动能力。通过皮肤中各种传入感受器，我们能够感知触觉、空间位置、温度和疼痛，从而识别纹理、调节抓握力度，甚至在无需视觉的情况下感知手指位置。这种反馈不仅对操控物体至关重要，也对社会互动和维持连贯的身体知觉（即化身感）起着核心作用。
然而，截肢会带来感觉运动功能丧失、疼痛、身体知觉改变以及体温调节问题。在全球范围内，每年约有1300万例新发截肢，其中约5%发生在手腕以上。截肢后，幻肢痛是一个难以处理的临床问题，影响着高达80%的截肢者，其中约30%的人症状严重到致残。此外，假肢弃用率在上肢截肢者中居高不下，其接受度因截肢部位和利手侧别而异。本文认为，能够提供丰富体感反馈的假肢（以下称为体感神经修复术）可以解决截肢带来的诸多功能和临床挑战，提高假肢接受度，减少弃用。然而，先进的手术程序复杂，大多数研究样本量小、随访时间短，且医疗支付方需要强有力的临床证据来支持其广泛应用。
体感反馈的神经修复术
触觉、本体感觉和温度感觉已能通过体感神经修复术在上肢截肢者中成功恢复。体感反馈可从两个维度来表征：同源性（即感觉是否真实？）和躯体特定性（感觉是否出现在正确位置？）。最理想的反馈策略是高度同源且具有躯体特定性的，涵盖整个缺失区域的精确、多样的感觉。
触觉反馈
人手包含数以万计的快传导Aβ机械感受传入纤维，可实现灵巧的物体操控和丰富的触觉感知。恢复这种复杂的反馈是困难的，但通过皮肤振动或刺激周围神经、脊髓或大脑，已实现了替代性的触觉线索。例如，周围神经刺激可通过侵入性或非侵入性方法诱发具有躯体特定性的触觉感。
侵入性周围神经刺激涉及将电极植入或环绕神经。袖套电极环绕神经但不穿透神经，选择性中等。选择性可通过多部位袖套或先进结构（如扁平界面神经电极）来提高。鞘内电极（如横向鞘内多通道电极和犹他倾斜电极阵列）直接植入神经，可提供精确的幻肢感觉。过去二十年间，至少有35名上肢截肢者在研究环境中接受了植入性周围神经电极用于感觉神经修复。
非侵入性解决方案，如皮肤的机械和电刺激，也是可行的。这些方法相对易于应用，适合对侵入性手术犹豫的个体。非躯体特定性解决方案（如在身体上放置振动器来提供假肢触觉信息）可以提供帮助。另一种方法利用了残肢特定区域施加机械刺激可在幻肢中引发牵涉性感觉的现象。这些区域通常被称为“幻手图谱”，被认为源于截肢后的局部神经再支配过程，可导致初级体感皮层中手指特定躯体表征的激活。许多截肢者拥有幻手图谱，但其完整性和空间细节存在差异。经皮神经电刺激是一种非侵入性方法，在残肢表面或沿神经路径使用表面电极。经皮神经电刺激主要限于浅表神经，通常以非特异性方式刺激神经的大片区域，这可能降低感觉质量。通过参数自调整等方法，可以提高同源性。
手术干预也是可行的，可以创建旨在重建感觉反馈的生物接口。靶向感觉神经支配术是一种手术技术，将切断的皮肤神经中的轴突连接到残肢未受损皮肤区域的感觉末梢器官。这允许大脑接收来自皮肤非受损部分的传入信号，仿佛它们来自缺失的肢体，从而产生牵涉性感觉和躯体特定性，尽管感觉恢复的质量和程度是可变的。再生性周围神经接口通过切除神经残端的神经瘤并用游离的、无血管化的肌肉移植物覆盖末端，为再生的轴突提供感觉末梢器官，从而创造新的传入信号源。周围神经接口的一个主要限制是移植物存活问题，因为无血管化组织在再血管化发生前依赖扩散，而这一过程难以预测。
周围神经并非为截肢者提供体感反馈的唯一目标。刺激脊髓或神经根可在腿部或手臂诱发幻肢感觉。硬膜外刺激是一种成熟的外科手术，使用的技术与治疗慢性疼痛的技术类似。在结果同源性方面有好有坏：一项对四名上肢截肢者的研究中，三名参与者主要报告感觉异常或混合感觉（75-97%），而一名参与者主要体验到自然感觉（80%），最常被描述为振动。大脑初级体感区域的刺激也通过皮层内微刺激在十名参与者的研究中进行了探索。另一种研究较少的方法是硬膜下皮层电图。这些方法在脊髓损伤患者中已使用多年，但尚未在截肢者中进行测试。考虑到刺激体感神经是可行的，目前将电极植入大脑的技术可能带来不合理的风险。
本体感觉的恢复
本体感觉用于感知肢体运动和位置，对运动规划、身体所有权和灵巧性至关重要，它依赖于多种机械敏感性传入纤维。恢复本体感觉因此具有挑战性，因为它依赖于这些不同来源信号的整合。
已有尝试以同源方式恢复截肢者的本体感觉。一种众所周知的方法是在肌腱上施加70-115 Hz的皮肤振动，可诱发关节位置和肢体运动改变的错觉。这项技术已被证明可以在接受过靶向神经支配手术的截肢者中产生手臂运动的错觉。激动剂-拮抗剂肌肉神经接口手术是另一种方法，通过手术连接两个肌肉末端（或其肌腱）以创建一对激动剂和拮抗剂，使得当一块肌肉收缩时，另一块被拉伸。该技术利用两块肌肉中预先存在的感受器向大脑发送位置和运动信号。该手术在下肢截肢后已成功实施，但迄今为止，全球仅有少数外科中心提供这些技术。
用植入周围神经的植入电极刺激运动纤维也能诱发本体感觉错觉。这些研究在截肢者中使用了纵向鞘内阵列和束内袖套电极。在多个幻手图谱上进行动态模式的经皮神经电刺激也能提供运动信息。感觉替代也已被探索，主要通过非侵入性方法，既在健康受试者中，也在截肢者中进行。然而，尽管历史悠久，感觉替代尚未转化为广泛采用的临床应用，基本上仍局限于研究环境。
温度及其他感觉的恢复
通过周围神经系统恢复温度感觉具有挑战性，因为温度感受主要涉及编码温暖、寒冷和疼痛的Aδ和C纤维。这些纤维由于其直径小，难以选择性刺激。一项对40多名接受不同技术治疗的参与者的数据荟萃分析显示，周围神经刺激后很少报告温度感知。一项不同的非侵入性方法在两项研究中被使用，显示对截肢者残肢皮肤的特定区域进行热刺激可以诱发其幻肢中的温度感觉。一些截肢者能够可靠地检测热刺激并区分玻璃和塑料等材料。一种商用假肢也集成了这种热反馈系统，显示了其在感觉运动控制策略中的潜力。
恢复所有体感模态可以提供功能益处。疼痛感觉至少在一项研究中进行了研究，可能有助于防止假肢损坏。研究表明，视觉-伤害性刺激可诱发橡胶手错觉，这表明伤害性感觉也塑造身体意识和所有权。目前认为功能上无关紧要的痒觉感知尚未被探索。湿度感知是热（热传递）和触觉（摩擦）输入之间的混合模态，已由Ploumitsakou等人通过一种同源但非躯体特定性的非侵入性方法进行了研究。这类感觉反馈可能帮助用户调整抓握力，以防止手中物体滑落。
与截肢相关的功能和临床问题
体感反馈在运动控制中的关键作用，通过失去触觉或本体感觉可能导致的严重运动障碍得以凸显。体感反馈使假肢使用者能够感知物体的触觉特性。例如，体感反馈允许用户感知假肢施加的压力大小，这是在处理易碎物体（如拿樱桃或虚拟鸡蛋）时无法仅靠视觉可靠判断的关键因素。在假肢使用者中也已成功显示压力感知和滑移检测的改进。其他触觉特性，如纹理和湿度，可能会进一步影响抓握。在一项对上肢假肢使用者的测试中，提供抓握力反馈显著改善了表现，与无反馈条件相比，能够更快完成运动任务。此外，感觉和多感觉反馈的存在对于学习新的运动任务至关重要，特别是对于初学者和复杂的运动任务。
疼痛
截肢后的神经性疼痛有两种表现形式：残肢及其周围极度敏感区域的疼痛（通常由神经瘤痛引起）和幻肢痛。这两种疼痛通常是慢性病症，其强度可随疲劳、昼夜和季节节律、激素、年龄以及心理因素而变化。压力和情绪高涨也会加剧幻肢痛感知，突显了这种病症的多面性。幻肢痛的潜在机制很复杂，涉及中枢神经系统对周围神经感觉感知的改变。最近证据表明，截肢后截肢部位的皮层表征保持不变，尽管来自残肢的感觉输入与中枢神经系统之间的关系必须以某种方式改变，才会导致幻肢痛的发展。
幻肢痛通常用药物制剂治疗，范围从镇痛药到阿片类药物。然而，这些药物常引起副作用，长期使用阿片类药物可导致成瘾和耐受性。神经调节药物，如普瑞巴林或阿米替林，通常比阿片类药物更有效，但患者反应不一，且常伴有认知副作用。其他常见干预措施包括镜像疗法和幻肢运动执行，取得了不同程度的成功。一项系统评价报告称，镜像疗法在治疗幻肢痛方面并不优于对照干预。体感神经修复术的进展在减轻幻肢痛方面显示出了前景。Dietrich等人报告，来自下肢假肢压力传感器的皮电刺激改善了14名胫骨截肢者中8人的幻肢痛，突显了用感觉反馈升级现有假肢的可能性。经皮神经电刺激被推荐为治疗幻肢痛和残肢痛的非药物选择。然而，一项评估经皮神经电刺激对慢性疼痛有效性的研究发现，由于结果不一致且高质量研究缺乏，其益处尚无定论。
手术方法也可以减轻幻肢痛。Gardetto等人报告，靶向感觉神经支配术结合提供压力激活振动触觉反馈的假肢设备，减轻了下肢截肢者的幻肢痛。尽管只涉及四名患者，但靶向感觉神经支配术后1-7年的随访显示疼痛显著减轻、停药以及功能表现改善。在后一项对七名前臂截肢者的研究中，观察到了类似的改善，疼痛评分从8-10/10降至0-1/10。尽管这些研究的样本量小，但两项研究都执行良好，结果在临床上似乎很有希望。靶向肌肉神经支配术也被认为通过类似于靶向感觉神经支配术的机制缓解幻肢痛，其中来自目标肌肉的输入提供了连贯的信号，而不是皮肤。
其他研究显示，诱发幻肢触觉的植入性周围神经刺激器可导致疼痛显著减轻，一些截肢者体验到完全缓解。Page等人在一名前臂截肢者的正中神经和尺神经中植入犹他倾斜电极阵列14个月，在刺激期间实现了幻肢痛强度（即通过主观疼痛评分）降低25%。
更持久的结果是可以实现的，正如骨整合植入物研究所强调的那样，该研究将植入物作为植入袖套电极的导管，在一名截肢者中测试尺神经刺激超过1年。然而，将这些结果解释为与幻肢痛缓解相关是困难的，因为在该患者中使用了再生性周围神经接口手术来创建神经肌肉接口，而这种手术技术已知可直接缓解幻肢痛。此外，使用通过骨整合植入物固定的假肢也已知可以通过骨感知现象或避免使用接受腔来缓解疼痛。尽管此类侵入性设备仍局限于研究环境且缺乏长期数据，但这些发现表明，用连贯的周围信号恢复体感反馈可能有助于减轻幻肢痛。总之，所有这些发现表明，幻肢痛可能通过提供来自缺失肢体的连贯感觉信号而得到最有效的缓解。
在假肢使用方面，体温调节的变化会导致不适。例如，由于截肢后体温调节系统失调和皮肤表面积减少导致的稳态出汗问题很常见。稳态调节难以重建，但假肢附着装置的设计（例如通过骨整合）可以解决此类问题。不适可能源于假肢接受腔内部的微环境，热量和湿气经常在此积聚。尽管在接受腔材料方面的创新和通过骨整合避免使用接受腔可以减少热不适，但热反馈也可以被使用。例如，Osborn等人和Muheim等人研究所示的热模块可以放置在接受腔内以帮助冷却皮肤。
身体知觉扭曲
身体对大脑具有独特的地位：它不仅是与环境相互作用的效应器，也是直接感觉的对象。对自身身体的连贯感依赖于对各种模态感觉信号的有效整合，这使得个体能够将自己的身体与他人的身体区分开来，支持身体所有权感，这对于感觉衰减也是必要的。当身体信号整合或感觉运动回路（或两者）被破坏时，如在神经病症中，可能会出现身体知觉扭曲。在截肢者中，当肢体和感觉运动回路发生改变时，可以通过问卷和任务检测到身体所有权、代理感和身体意象的改变。
除了常被描述的肢体缩短感，对残肢周围空间感知的改变，类似于中风后或肢体固定后所描述的情况。此外，截肢者常将其缺失的肢体描述为感觉沉重、肿胀或卡在特定位置。这些知觉可能导致脱节感和缺乏整合感，破坏身体意识。对缺失肢体或假肢的意识和知觉的改变也会阻碍对假肢的所有权感及其自发使用。
开创性研究表明，体感反馈通过诱导更好的运动控制、学习、接受度和长期使用结果，减少了感知到的身体扭曲并支持化身感。研究表明，将体感反馈与其他模态的协调刺激（如视觉输入或运动）相结合，可以极大地增强身体所有权和代理感，或减少肢体缩短等改变了的知觉。
Rognini等人通过鞘内电极的触觉刺激和基于虚拟现实的视觉反馈，减少了截肢者幻肢的肢体缩短。其他研究通过皮层电图电极对初级体感皮层进行硬膜下刺激以提供触觉反馈，发现直接脑刺激，类似于橡胶手错觉，可诱发对假肢的所有权感。其他研究支持这些发现，表明侵入性神经刺激可以在主动任务期间引发下肢的连贯感觉，减少幻肢移位并改善肢体意识，以及减轻假肢的感知重量。
假肢使用者的情感与社会性触觉
触觉感知的情感和情绪方面对于人类在一生中形成和加强社会联系至关重要。触觉在幸福感中的重要性已被触觉匮乏和厌恶的不利心理影响所凸显，这在截肢后可能被放大。即使对于具有体感反馈的先进电动假肢，情感触觉目前也未被考虑，尽管解决这一问题可能使假肢使用者受益。
截肢导致检测无害触觉相互作用的低阈值机械感受器丧失，使得恢复触觉反馈具有挑战性。当前的解决方案侧重于重建来自皮肤的快传导Aβ机械感受传入纤维的信号，这些信号触发有意识触觉的感知（辨别性方面），这对于物体检测和纹理感知至关重要。手掌的无毛皮肤具有非常高的Aβ机械感受传入纤维密度，而慢传导C纤维则不那么常见，包括那些通常涉及疼痛和温度感知的纤维。C纤维极大地影响触觉体验，并可为感觉输入提供情感深度。另一类低阈值机械感受器是慢传导C触觉传入纤维，它们涉及温和触觉的情感和情绪处理，并增强来自Aβ纤维的信号。在感觉神经修复术中，以受控和选择性的方式精确刺激触觉的情感和情绪方面是难以实现的。
温度感觉由薄髓鞘Aδ和无髓鞘C纤维传入纤维传递，并塑造所有触觉交互。触觉总是具有温度成分——无论是比皮肤温度更暖或更冷，还是处于皮肤温度的热中性。在所有情况下，温度感受器都是活跃的。移除温度反馈就剥夺了触觉的一个组成部分，即使有假肢反馈，没有温度的体验也会错失一个大的感觉维度，包括对身体意识和社会互动感觉的贡献。
皮肤对皮肤的接触对人类至关重要，提供温暖和情感连接。最近的进展在将温度反馈集成到假肢中取得了实质性进展。这些进展的主要好处在于其非侵入性方法，使其易于实施。尽管我们可以从他人那里在身体的任何部位接收情感触觉，但上肢是一个特别重要的部位，我们的手在给予触觉方面也扮演着重要角色。因此，手部截肢后，给予他人触觉的能力丧失可能对假肢使用者和接受其触觉的双方都产生双向的心理影响。如果假肢被加热到皮肤温度，可以极大地增强其临床价值。自我触摸将提供更自然的反馈并增强身体所有权感，对他人的触摸也会感觉更真实，从而实现更自然和亲密的社会互动。
结论与未来方向
本文概述了可在截肢后恢复感觉反馈的侵入性和非侵入性神经技术，并探讨了它们如何缓解幻肢痛和身体扭曲等并发症。尽管幻肢痛仍然具有挑战性，但越来越多的证据表明，体感刺激可以提供有意义的缓解。体感恢复不仅是一项有价值的技术挑战，还可以在截肢后带来可量化的功能和生存质量改善，尤其是在采用多模态、个体化方法时。
除了改善物体交互外，提供持续的身体感觉极大地丰富了知觉，表明多模态方法不仅仅是其各部分的总和，正如触觉和温度信号在湿度感知中的结合一样。此外，某些品质——例如在社会接触中感受到的温暖——无法被任意线索替代，这突显了反馈同源性的重要性。因此，恢复这些感觉可以扩展自然感觉的范围，并解决触觉的功能和情感方面。此外，恢复感觉增强了身体所有权感并减少了身体扭曲问题，从而可以提高假肢的接受度和使用。
重要的是，任何解决方案——无论技术多么先进——只有为用户提供切实的、可感知的益处才能成功。因此，以患者为中心的方法是至关重要的。舒适性、可用性和功能相关性仍然是长期采用的关键决定因素。多模态方法在满足这些需求方面显示出巨大潜力，但迫切需要进行可靠的临床验证。
在未来5-10年，应推行双轨策略。研究应通过优先发展可获得、可扩展、可广泛在临床环境中测试并能产生展示临床获益所需的大规模数据的非侵入性系统，来促进节俭创新。与此同时，采用植入技术进行精心设计的小型试验对于建立安全性、有效性以及与无创设备的整合至关重要。这些相辅相成的方法将共同建立所需的临床证据，将体感神经修复术从实验成功推向常规临床实践。
