总结。侏儒是神经病学和神经科学中最具代表性的图像之一。 它通常被可视化为分布在大脑一部分的一系列不成比例的身体部位，它显示了身体如何系统地映射到感觉和运动皮层，代表身体每个部位的脑组织比例。当我们发现大脑包含身体地图时，它彻底改变了神经科学。 但现在是时候更新了。
这张照片不仅对神经外科实践和基础大脑研究产生了持久的影响，而且还进入了公众的想象，在伦敦自然历史博物馆和其他地方展出的三维粘土模型中，一个巨大的头和超大的手附着在一个小小的躯干上。
这项开创性的工作使我们对大脑结构和功能的理解取得了重大进展，侏儒本身也彻底改变了医学插图的艺术。 然而，现代研究表明，侏儒比最初想象的要复杂得多，有些人认为这是不正确的，需要彻底修改。
homunculus 是加拿大神经外科医生 Wilder Penfield（1891-1976 年）的心血结晶，他于 1934 年在麦吉尔大学共同创立了蒙特利尔神经学研究所，并成为其第一任主任。 在那里，他开发了一种突破性的技术，可以识别并通过手术切除导致癫痫发作的异常脑组织。 在他的职业生涯中，他和他的同事们使用这种方法创建了大脑皮层不同区域功能的早期详细图谱。
大多数癫痫患者对抗惊厥药物反应良好，但对于那些没有反应的人，以及那些频繁、严重和使人衰弱的癫痫发作，脑部手术是最后的手段。 Penfield的技术使用电极对患者大脑表面进行电刺激; 在手术过程中，他们在手术台上保持完全清醒至关重要，以便患者可以描述刺激的效果。 这使得 Penfield 能够切除或切除导致癫痫发作的组织，而不会损害与神经功能相关的邻近组织，例如：
彭菲尔德首先麻醉患者的头皮，打开他们的头骨，然后向患者暴露的大脑表面施加小电流。 由于患者保持完全清醒，Penfield不仅可以观察由特定区域的刺激引起的运动，还可以询问他们正在经历的感觉和知觉。
对大脑顶部的刺激会引起臀部和躯干的运动或感觉。彭菲尔德在20世纪30年代和40年代对1000多名患者进行了手术，从而全面绘制了大脑皮层每个区域的功能。 对某些区域的电刺激会唤起早已失去的记忆; 其他人会引发**或嗅觉幻觉，著名的是，一位患者报告说：我闻到吐司的味道！
然而，他最重要的发现是感觉皮层和运动皮层的组织结构。 感觉皮层和运动皮层是位于脑沟两侧的两条狭窄的相邻组织带，是将额叶和顶叶分开的深裂，从大脑的顶部延伸到底部。
在这里，裂缝前面的刺激会引起身体特定部位的小动作或肌肉抽搐，而裂缝后面的刺激会引起感觉。 重要的是，身体似乎以高度组织的方式映射这两个区域，这样，相邻斑块的刺激会引起身体另一侧相邻身体部位的运动或感觉。
因此，对大脑顶部的刺激会引起臀部和躯干的运动或感觉，而向下推进的外表面的刺激首先引起肩膀、手臂、肘部、前臂的反应，然后是手腕。 最后，在两个组织上都使用一大块用于手，每个手指分别代表每个手指，另一块大块用于面部、舌头和喉咙。 至关重要的是，渐进式刺激引起的反应顺序是不同的，尽管每个患者身体部位组织的精确大小和位置是不同的。
在每次手术中，Penfield都会在患者的大脑上贴上一个小的编号贴纸，并记录对该特定组织的电刺激的反应（见下图）。
摘自 Wilder Penfield 和 Edwin Bordry 的 1937**。 美国神经学协会。
从膝盖到右脚有刺痛感，没有麻木感。 右腿完全麻木，不包括脚。 手腕麻木，下界，对。 右肩麻木。 手和前臂麻木，直至前臂顶部。 第五指或小指有刺痛感。 前三根手指刺痛。 所有 4 根手指都感到震惊和麻木，但拇指却没有。 拇指运动的感觉; 没有可见的运动迹象。 和 85 相同。 舌头右侧麻木。 刺痛的感觉，这些发现，以视觉形式被称为侏儒，首次出现在彭菲尔德与埃德温·博尔德雷（Edwin Boldrey）合著的书中，《电刺激研究中人类大脑皮层的躯体运动和感觉表征》（1937年）。 研究结果表明，运动和感觉皮层的组织方式使身体部位与脑组织的特定区域具有点对点的对应关系，而相邻的身体部位由相邻的组织块表示。
这种组织被称为躯体解剖学，它被广泛认为是大脑结构和功能的基本原理。 此外，Penfield技术，后来被称为蒙特利尔手术，至今仍在使用。 例如，几年前，小提琴家达格玛·特纳（Dagmar Turner）在神经外科手术中演奏了她的乐器，这样做的团队能够在不损害运动皮层的情况下切除脑肿瘤。
一种叫做hermonculus的东西也值得讨论。 这些掘金是 Penfield 从大约 400 名患者的术前评估中获得的映射数据的综合。 然而，虽然侏儒清楚地显示出男性***的皮质代表，但女性的解剖部分显然缺失。 其原因尚不清楚。 这可能是因为在彭菲尔德工作时，人们认为询问或报告女性患者的某些感受是不合适的; 因为女性患者不好意思向男性报告***的感受。
因此，Penfield和他的同事假设女性***和乳房与男性***位于同一区域：靠近脚的代表，在皮层的内壁上，在分隔左右大脑半球的纵向裂缝深处。
我们需要进一步调查Hermunculus，并填充女性地图的其余部分。从那时到2011年，只有10项其他研究调查了女性解剖部位的体细胞组织。 这些研究提供了相互矛盾的结果，表明女性的其他位置：一些科学家将与女性解剖结构相关的感觉映射到皮层的内壁上，这与彭菲尔德的观点一致，但其他人则将它们映射到大脑的尖端。 一些研究人员呼吁对Hermunculus进行进一步的、积极的调查，以解决这个问题，并填补女性地图的其余部分。 怀孕期间身体有什么变化。
在 2022 年发表的最新研究中，柏林 Charit Universit Tsmedizin 的 Andrea Knop 和他的同事使用功能性磁共振成像 （FMRI） 扫描了 20 名女性的大脑，同时在下面的一次性内衣上放置了空气控制的振动膜以刺激她们的大脑，结果显示大脑中的表现与臀部和大腿相邻。 结果为原始小丘的校正提供了独立的确认。
大脑皮层的感觉带和运动带协同工作，控制和协调肢体运动。 感觉皮层包含处理触觉和疼痛信息的细胞，运动皮层包含通过向脊髓发送信号到激活特定肌肉的次级细胞来执行运动的细胞。
但这两个区域也包含与空间导航相关的神经元。 这些导航细胞称为定位细胞，位于大脑深处的海马体中。 它们最初是在 20 世纪 70 年代在小鼠身上进行的实验中发现的，这表明只有当动物进入环境中的特定位置时，单个位置细胞才会被激活。 从那时起，研究人员在海马体内部和周围发现了其他几种导航细胞：头部定向细胞和网格细胞，当动物向特定方向移动时，它们会放电。
两只猴子坐在由脑机接口控制的轮椅上，在一个小房间里寻找食物。这些细胞构成了大脑的全球定位系统，该系统协同工作以生成环境地图，并帮助形成我们用来寻找周围道路的空间记忆。 最近，两组研究人员独立表明，在大脑的感觉和运动区域发现了相同的空间导航系统。
在 2018 年发表的一项研究中，北卡罗来纳州杜克大学的研究人员训练了两只恒河猴，让他们坐在轮椅上，在由脑机接口控制的小房间里寻找食物，同时通过植入动物感觉和运动皮层的微电极阵列记录数百个细胞的活动。 令人惊讶的是，他们发现这些细胞中的大量表现出与位置细胞相似的活动，只有当轮椅移动到特定位置时才会激活。
中国新桥医院的研究人员在 2021 年的一项研究中证实了这些发现，他们记录了觅食大鼠的感觉皮层，并发现了具有位置、网格和头部导向特性的神经元。
虽然出乎意料，但在感觉和运动皮层中发现导航细胞并不完全令人惊讶。 在海马体中，它们的功能是生成地图和辅助导航，而在海马体中，它们可以编码身体在周围环境中的位置和方向。
在感觉和运动皮层中找到导航细胞使我们能够扩展对大脑这些部分功能的思考。 对女性身体体细胞组织的研究表明，侏儒需要更新。 与此同时，圣路易斯华盛顿大学医学院的一个研究小组现在认为侏儒是完全错误的，需要彻底重新粉刷。
埃文·戈登（Evan Gordon）、尼科·多尔森（Nico Dorson）**及其同事着手复制彭菲尔德的发现，使用功能性磁共振成像扫描七名志愿者的大脑，并在他们执行各种运动任务时为他们每个人生成高分辨率的大脑图谱。 然后，他们用来自三个大型公开数据集的数据验证了他们的结果，包括从大约50,000人那里收集的脑部扫描。
他们发现，脚、手和脸的运动与Penfield确定的运动皮层部分有关，但散布在这些离散区域之间的其他区域似乎根本没有参与运动。 这些其他区域比与身体各个部位相关的侧翼区域更薄，并且在大脑的两个半球内部和之间相互连接，形成沿着运动区延伸的链。
他们认为，彭菲尔德的经典侏儒是错误的，或者至少是严重不完整的。进一步的研究表明，这些区域也与参与执行功能的大脑远端区域密切相关，例如思考和计划、视觉处理、触觉处理、疼痛和身体内部信号，当参与者想到移动时，这些信号就会变得活跃。
研究人员提出，这些区域形成了一个整合全身运动的网络，并通过唤醒、姿势、呼吸和心脏功能的适当变化来**这些运动。
多森在接受采访时说，如果你考虑大脑的真正作用，所有这些联系都是有意义的。 大脑用于在环境中成功表现，以便您可以在不伤害或杀死自己的情况下实现目标。 你移动你的身体是有原因的。 当然，运动区域必须与执行功能和控制基本身体过程（如血压和疼痛）有关。
根据他们的研究结果，Gordon、Dotson**及其同事认为，Penfield的经典侏儒模型是错误的，或者至少是非常不完整的，需要从根本上修改，以包括他们发现的网络，他们将其命名为躯体认知行为网络（SCAN）。
彭菲尔德很聪明，他的观点已经占据了90年的主导地位，[但是]一旦我们开始研究，我们发现许多已发表的数据并不完全同意他的观点，以及其他被忽视的解释，“多森说。 除了我们自己的观察之外，我们还收集了很多不同的数据，缩小了范围并综合了它们，并提出了一种关于身体和心灵如何联系的新思维方式。
这对使用侏儒引导手术刀的神经外科医生意味着什么？ 癫痫手术极具挑战性，因为感觉带或运动带受损的风险很高。 一般来说，运动皮层产生的癫痫发作仅限于身体的某些部位，但可能会扩散到邻近区域，而Gordon，Dothan**及其同事确定的非运动区域理论上可能会产生以异常方式扩散的癫痫发作。
安大略省西伦敦大学神经外科教授大卫·史蒂文（David Steven）告诉我，癫痫发作停留在这个区域而不扩散到邻近运动区域的可能性似乎很低，我认为这是大多数病例的典型特征[症状]。 由于大脑区域是混合的，因此手术可能是高风险的，但面部区域除外，面部区域通常是安全的，因为大脑的两侧都有代表。
在实践中，大脑中的小人仍然看起来很大。 Steven说，这仍然至关重要，并且与术前测试和术中决策非常相关。 它可能过于简单化，但实际上，它仍然是必不可少的。
绘制更精细的地图将使假肢能够提供更逼真的感官反馈。在手术台之外，关于身体如何映射到运动皮层的知识在脑机接口的发展中发挥了重要作用，这些接口可以控制假肢并恢复瘫痪患者和截肢患者的功能。 这些设备通常由植入运动皮层的微电极阵列组成，这些微电极读取与计划和执行运动相关的大脑活动，并将其转换为可用于控制轮椅或机械臂的命令。
这些假肢的早期版本很笨重，但它们变得越来越复杂，一些较新的设备可以同时刺激感觉皮层以提供感觉反馈。 除了恢复一些触觉外，用户还可以更好地控制设备，还可以减少大多数截肢者感受到的幻肢疼痛。 毫无疑问，以更精细的方式映射感觉侏儒将使假肢能够为用户提供越来越逼真的感官反馈。
在不久的将来，这些知识，加上对不同类型触摸背后的大脑活动的更好理解，也可以用于开发下一代触觉设备，包括耳机，这些设备可以精确地瞄准感觉皮层，用小的电或磁脉冲，在用户身体的任何部位引起各种真实的感觉。
从未来的假肢到未来的游戏，大脑中的小男人（和女人）可能才刚刚开始，即使我们仍然完全了解它们是如何工作的。
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