論文題目：

Neural dynamics of illusory tactile pulling sensations

中文翻譯：幻覺觸覺牽引的神經動力學

期刊：iScience

影響因子：6.233

發表時間：2022年9月

發表網址：https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105018

摘要：

定向觸覺拉動的肢體感覺是生活中很常見的一部分，但它們的神經機制仍然未知。先前研究表明，初級體感 (SI) 活動足以產生拉動感。本研究中我們將高密度腦電圖與不對稱振動相結合，從而產生一種錯覺的牽拉感，從而消除來自無關感覺運動過程的拉動。在中性常見刺激（對稱振動）和中性靶刺激之后，將產生與常見刺激相反方向拉動的oddball與相同的oddball進行比較。我們發現了反對感覺前額 N140 和支持中線P200的證據跟蹤以頂內溝為中心的拉動感覺的出現，特別是對側頂葉活動 264-320 毫秒。這表明 SI 不足以產生牽拉感，而后者依賴于頂葉聯合皮層，可能反映了方向信息的提取和相關的空間處理。

實驗被試：

我們招募了 15 名被試（10 名男性，5 名女性，平均年齡 = 33.33 歲，SD = 7.33 歲）。所有被試都是右撇子。

實驗儀器：

被試坐在距離電腦顯示器約 40cm的桌子旁，右前臂放在可調節的扶手上（下圖 1 E.）。右臂的視野用分隔擋板遮住。對稱和非對稱振動刺激由一個硬幣大小的小型裝置提供，上面覆蓋著夾帶，夾在食指和拇指之間捏握（圖 1 B.）。加速度計信號通過示波器，用于檢查是否始終判斷正確的條件。此外還記錄了加速度計信號，以便可以確定每次試驗的精確刺激開始時間（圖 1C.）。被試在整個實驗過程中都戴著耳塞，以防止與振動條件相關的聽覺提示感染。通過MATLAB (2017a) 和 Psychtoolbox 控制振動開始時間、加速度計記錄、任務指令和交叉。視覺刺激通過刺激屏幕顯示。EEG 數據通過高密度 129 EGI設備（HydroCelGES 300，MagstimEGI）。數據以 1000Hz 和 Net Station EEG 軟件（Magstim EGI）獲得。

腦電圖預處理

使用 EEGlab 和自定義 MATLAB (2017a) 腳本對 EEG 數據進行預處理。出于存儲目的，數據降采樣到 250Hz。數據重參考到左右乳突電極并應用帶通（FIR 0.1-90Hz）和陷波濾波器（48-52Hz）。然后移除反映眨眼、眼球運動、心臟、大 EMG 和電子偽影的 ICA 成分。每個被試提取分段時期 (-200–700ms) 和基線 (-100–0ms)。由于一些被試的肌肉活動偽影，耳朵下方的面部和頭部側面的電極被移除，總共留下 93 個電極，覆蓋整個頭皮（圖 1F）。刪除全腦閾值 (+/-80μV) 顯示偽影的試次，并使用 ERPlab 階躍函數算法應用于額電極（窗口大小 = 200ms，步長 = 50ms，閾值 = 50μV）。

傳統ERP分析

使用 ERPlab 進行傳統 ERP 方法，我們根據之前的研究選擇電極位置和時間窗口，較寬 ERP 窗口有利于避免由于更大的起始變異性而導致 ERP 變平的偏差條件）。對 9 種條件中的每一種情況進行平均，然后計算oddballs差異波。P50 (30-70ms)、N140 (100-150ms)、P200 (150-250ms) 和 P3b (250-500ms) 計算其事件相關電位 (ERPs) 的平均振幅。通過計算每個時間窗口內信號達到峰值 50% 的點來計算所有 ERP 的起始延遲。與以往文獻一致，P50 分析基于 P3 周圍的 6 個電極，N140 分析基于 F3 周圍的 5 個電極，而 P200 和 P3b 分析基于 Cz 周圍的 5 個電極。通過配對樣本 t 檢驗跨條件比較 ERP 測量值。

圖3.跨條件的瞬時 ERP 幅度
 

圖4.P200 和 P3b 不同條件下的古怪效應

腦電圖源定位

為了定位在頭皮上檢測到的皮層活動起源，我們使用 SPM 3D 源重建，使用組反轉方法來補償頭部解剖結構和傳感器噪聲變化。使用 MNI 模板構建網格，配準使用鼻根和雙側耳前點作為基準點，并使用邊界元模型 (BEM) 創建了正向模型。為了更好地細化活動的位置，對 NIFTI 圖像進行配對樣本 t 檢驗，一般閾值設置為 p < 0.05 未校正，并選擇活動的頂部集群（即包含最高峰值 t 值的集群）。為了更好地了解拉動相關活動集群的位置，將其與響應中性常見刺激比較。對于這個可視化，我們運行相同的 SPM 組反演，使用 -100-100ms 的窗口，并將基線窗 (-100-0ms) 與中性常見的 P50 窗口 (40-64ms) 進行對比（配對樣本 t 檢驗）條件下，p < 0.0006 處的閾值未校正。

圖5.與拉動感相關的大腦活動

結論

證據表明 SI 中的活動不足以產生拉動感覺。相反，拉力感覺與增強的 P200 反應有關，這表明檢測定向拉力取決于由感覺和非模態頂葉區域組成的網絡中的活動。具體來說，在刺激后 264-320 毫秒的頂葉聯合皮層中發現了與拉動相關的活動，該活動位于涉及處理本體感覺、觸覺方向和周圍空間的區域。邁向時空精確描述拉動感覺的第一步將有助于在假肢裝置中提供復雜觸覺反饋的轉化方法以及用于游戲、導航和引導視障人士的手持振動設備的開發。

參考文獻：

Jack De Havas, Sho Ito, Sven Bestmann, Hiroaki Gomi, Neural dynamics of illusory tactile pulling sensations, iScience, Volume 25, Issue 9, 2022, 105018, ISSN 2589-0042, https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105018.

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