Jak mózg zapamiętuje amputowane kończyny i nadal je kontroluje?
Nowe badania mogą pomóc w opracowaniu robotycznych ramion. UfaBizPhoto/Shutterstock

Większość ludzi, którzy stracili kończynę nadal czuć jego obecność dekady później. Zjawisko to, nazwane „kończyną fantomową”, od dawna jest tajemnicą. Ale dzięki nowemu skanowaniu mózgu o ultrawysokiej rozdzielczości jesteśmy teraz w stanie zajrzeć do mózgów osób po amputacji w poszukiwaniu wcześniej ukrytych wskazówek. Niedawno pokazaliśmy trzy uderzające przypadki osób po amputacji niezwykle szczegółowe mapy reprezentujące wszystkie pięć brakujących palców w ich mózgach.

Ale dlaczego te mapy przetrwały, pomimo dziesięcioleci bez żadnego wkładu ze strony brakującej kończyny? W nowym badaniu opublikowane w czasopiśmie eLife, ujawniliśmy teraz, że zakres, w jakim dana osoba może celowo „przesunąć” swoją fantomową kończynę, ma kluczowe znaczenie dla określenia, w jakim stopniu mapa brakującej dłoni w ich mózgu jest podobna do mapy dłoni osób, które mają dwie ręce. Nasze badanie pokazuje, że fantomowe kończyny to nie tylko interesująca osobliwość, ale zjawisko, które można wykorzystać do zadawania pytań dotyczących mózgu, na które wcześniej nie udzielono odpowiedzi.

Jeśli ktoś ma pecha i straci rękę, wiele się zmieni. Jak zakładasz skarpetki? Albo otworzyć butelkę z napojem? To, co może być mniej w umyśle osoby (przepraszam za kalambur), to sposób, w jaki utrata ręki może zmienić ich mózg.

Istnieje pewien wybór nieruchomości mózgowej, która kiedyś kontrolowała ruch i czucie utraconej kończyny. Więc, co teraz robią te kawałki mózgu? Odpowiedź na to pytanie może być zaskakująco trudna. Normalnie zbadalibyśmy obszar „ramienia” mózgu – na przykład za pomocą obrazowania mózgu – zrobilibyśmy to dotknąć lub poruszyć tym ramieniem. Jeśli brakuje tego ramienia, stanowi to problem.


wewnętrzna grafika subskrypcji


Przez dziesięciolecia badań prowadzonych głównie na zwierzętach naukowcy zamiast tego dotykali i poruszali pozostałymi częściami ciała, aby sprawdzić, czy coś nie wkracza w tę brakującą strefę dłoni. To pokazało nam, że jeśli na przykład małpa straci środkowy palec, obszar mózgu (który kiedyś kontrolował środkowy palec) zostaje przejęty prawie natychmiast przez sąsiednie palce wskazujący i serdeczny. To inwazja na terytorium, podobnie jak cielesna gra w Ryzyko.

Badania te stworzyły obraz, w którym stare mapy ciała wydają się być wymazywane, a cenna przestrzeń mózgowa redystrybuowana w celu podparcia kończyn, które pozostały. Ale to okazuje się być dalekie od całej historii.

Lekcje widma

Ponieważ zwierzęta mają trudności z powiedzeniem nam, co czują, tylko dzięki badaniom na ludziach – w większości niedawnym – dowiedzieliśmy się o fantomach utraconych części ciała, które nawiedzają mózgi osób po amputacjii zaskakujących spostrzeżeń, które dostarczają nauce.

Jak mózg zapamiętuje amputowane kończyny i nadal je kontroluje?Obrazowanie mózgu ujawnia szczegółowe mapy poszczególnych palców dłoni u osób po amputacji (na dole), które są zaskakująco podobne do map dłoni dwuręcznych uczestników kontrolnych (na górze). Autor pod warunkiem

Wiele osób nie zdaje sobie sprawy, że osoby po amputacji nie tylko mogą czuć swoje fantomowe kończyny – większość też to czuje dobrą kontrolę nad ich ruchem. Wcześniej pokazaliśmy, że proszenie osób po amputacji o poruszanie fantomowymi palcami w skanerze skutkuje pięknymi mapami poszczególnych (brakujących) palców (patrz zdjęcie powyżej). Jednak osoby po amputacji w tym badaniu zostały wybrane specjalnie ze względu na bardzo żywe fantomy. To prowadzi nas do zastanowienia się, czy to te fantomowe doznania utrzymują brakującą kończynę przy życiu w mózgu?

Aby odpowiedzieć na to, my ostatnio przeskanował dużą grupę osób po amputacji z różnymi poziomami czucia fantomowego, ruchu fantomowego i bólu fantomowego. Odkryliśmy, że stopień, w jakim dana osoba może poruszać swoimi fantomowymi palcami, był najlepszym wskaźnikiem tego, jak podobna jest mapa osoby dwuręcznej.

Co zaskakujące, ruch fantomowy był ważniejszy w przewidywaniu organizacji tych map dłoni niż zwykła żywość fantomowych wrażeń - jak bardzo czuli brakujące palce. Byliśmy również zaskoczeni, gdy odkryliśmy, że te brakujące mapy dłoni pozostają nawet u osób, które nie mają prawie żadnych wrażeń fantomowych, co wskazuje, że te mapy są niezwykle stabilne po uformowaniu.

Na koniec chcieliśmy wiedzieć, co dzieje się w okolicy brakującego ramienia osób urodzonych bez kończyny (wrodzona jednoręczność). Tu jednak mieliśmy problem: ludzie urodzeni bez kończyn zazwyczaj nie doświadczają wrażeń fantomowych (chociaż to jest trochę kontrowersyjny). Oznaczało to, że nie mogliśmy poprosić tych uczestników o przesunięcie fantomu w skanerze, tak jak zrobiliśmy to z osobami po amputacji.

Poproszenie wrodzonych jednoręcznych osób, aby wyobraziły sobie poruszanie brakującą ręką w skanerze, wywołało bardzo małą aktywność podobną do dłoni (z których większość, jak sądzimy, może być związane z aspektami wizualnymi naszego zadania). Ale żeby spojrzeć głębiej, potrzebowaliśmy nowej taktyki.

Kiedy poruszasz prawą ręką, aktywuje to mapę dłoni prawej ręki w lewej (przeciwnej) półkuli mózgu. Jednak poruszanie prawą ręką powoduje również zmiany aktywności, które pozwalają nam zobaczyć mapa nieruchomej lewej ręki po drugiej stronie mózgu.

Tak więc, zmuszając naszych jednoręcznych uczestników do poruszania nienaruszoną ręką, mogliśmy uchwycić pośrednie spojrzenie na mapę brakującej dłoni. Kiedy osoby po amputacji i osoby oburęczne poruszyły nienaruszoną dłonią, zobaczyliśmy bardzo normalnie wyglądającą mapę dłoni po brakującej stronie dłoni. Uczestnicy urodzeni bez ręki nie wykazywali takiej aktywności, dając nam nową pewność, że naprawdę nie ma tam żadnej mapy dłoni.

Widmowe kończyny przyciągają naszą uwagę, ponieważ są fascynujące i dziwaczne. Ale ich wartość naukowa staje się coraz bardziej wyraźna. Nasze badania stawiają pytanie, czy ludzie mogliby wyraźnie trenować swoją fantomową rękę, aby przywrócić mapy palców do bardziej normalnego stanu. Może się to wydawać bezsensowne, ale naukowcy z Pitt University w USA wszczepiają obecnie elektrody w brakujące mapy palców sparaliżowanych pacjentów, umożliwiając im kontrolować i czuć poszczególne palce robotycznej dłoni. Wkrótce może nadejść czas na trening fantomowej ręki.Konwersacje

O autorze

Harriet Dempsey-Jones, habilitant w dziedzinie neuronauk poznawczych, UCL

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon