Perkusista Rick Allen pokonał amputację jednej ręki. Matt Becker/pogodowiec/wikipedia, CC BY-SA

Zrozumienie, jak działa ludzki mózg, jest jednym z najważniejszych celów nauki. A jednym z pierwszych kroków do odkrycia jego tajemnic jest ustalenie, jak właściwie zorganizowany jest mózg. Nasz obecny pogląd sięga wstecz pionierska praca neurochirurga Wildera Penfielda w latach czterdziestych XX wieku, który ustalił związek między organizacją mózgu a naszą zdolnością do operowania ciałem.

Penfield stymulował elektrycznie pewne obszary mózgu swoich pacjentów i zauważył, że mimowolnie poruszali się lub zgłaszali odczucia z określonych części ciała w odpowiedzi. To było podstawą pomysłu, że mózg zawiera mapę ciała, w której różne regiony kontrolują różne części ciała. Ale teraz, prawie 80 lat później, nowe badanie sugeruje alternatywny pomysł.

Istnieje wiele sposobów badania związku między organizacją mózgu a jego funkcją. Jednym z nich jest obserwacja reakcji mózgu na głęboką zmianę fizyczną, taką jak utrata części ciała lub urodzenie się bez niej. Na przykład, co dzieje się z obszarem mózgu kontrolującym rękę, gdy ręka już nie istnieje?

Kiedy naukowcy po raz pierwszy zaczęli badać to pytanie, zauważyli, że obszar mózgu, który wcześniej odpowiadał dłoni, staje się „Przejęty" przez sąsiednie regiony mózgu. W ten sposób mózg przeorganizowałby się poprzez walkę o terytorium mózgu, z zwycięski region sąsiedni, zajmujący ten obszar dla własnych celów funkcjonalnych.

Podobnie niezajęta kora mózgowa u osób urodzonych bez ręki, u których bodźce sensoryczne nie zostały utracone, ale w rzeczywistości nigdy nie istniały, jest rekrutowana do reprezentowania resztkowej ręki osoby jednoręcznej. Zasugerowano, że te dodatkowe zasoby mózgowe umożliwiają osobom jednoręcznym wykorzystanie resztkowej ręki w celu zastąpienia brakującej funkcji ręki.

Jednakże Nowe badania przez moich kolegów, opublikowane w Current Biology, sugeruje, że jedna ręka używa szeregu kreatywnych strategii do wykonywania złożonych codziennych zadań - obejmujących części ciała kontrolowane przez obszary mózgu, które nie znajdują się w pobliżu obszaru brakującej ręki (patrz zdjęcie). To sprawiło, że zaczęli kwestionować, czy reorganizacja mózgu jest naprawdę zdeterminowana przez relacje sąsiedzkie w mózgu.

Eksperyment

Naukowcy przebadali 17 osób urodzonych z jedną ręką i 24 osoby z dwiema rękami. Uczestnicy zostali poproszeni o wykonanie zadań w laboratorium, od zapakowania prezentu po otwarcie butelki lub złożenie prania. Te pozornie przyziemne obowiązki w rzeczywistości wymagają ogromnej koordynacji między naszymi dwiema rękami i dlatego stanowią ciągłe wyzwanie dla osób, które mają tylko jedną rękę. Osoby jednoręczne z powodzeniem wykonywały zadania, stosując zróżnicowany repertuar strategii kompensacyjnych, począwszy od używania nóg, ust, protezy lub pozostałej części ramienia do wykonywania zadań, które zwykle wymagają użycia dwóch rąk.

Ponieważ te akty obejmowały części ciała, z których nie wszystkie są kontrolowane przez obszary zbliżone do tych, które kontrolują brakującą rękę, naukowcy chcieli wiedzieć, co dzieje się w mózgach tych niezwykłych ludzi. Poprosili uczestników o wykonanie prostych ruchów tymi różnymi częściami ciała i śledzili aktywność ich mózgu.

Funkcjonalne skany MRI ujawniły, że reprezentacje różnych części ciała użyte do zastąpienia funkcji dłoni były mapowane bezpośrednio na przestrzeń korową, która reprezentowałaby rękę. Innymi słowy, obszar mózgu, który reprezentowałby dłoń, został przyzwyczajony do podtrzymywania ust, stóp lub ramion.

Chociaż to badanie nie jest pierwszym, które pokazuje, że część ciała atakuje obszar kory mózgowej innej części ciała, jest to pierwsze, które pokazuje wiele części ciała, które odnoszą korzyści z tego samego obszaru mózgu – niezależnie od tego, czy regiony te są blisko siebie. inne w mózgu.

Wydaje się więc, że mózg jest znacznie bardziej elastyczny, niż wcześniej sądziliśmy, biorąc pod uwagę, że dostępna kora może być przydzielona do części ciała, które podzielają funkcjonalność brakującej ręki.

Reorganizacja czy reorientacja?

Jednym ze sposobów umieszczenia tych wyników w kontekście jest pytanie, co jeśli obszar dłoni nie reprezentuje samego obszaru dłoni, ale tylko część mózgu odpowiedzialną za funkcję normalnie wykonywaną przez tę rękę?

Jeśli ta interpretacja jest poprawna, to błędnie rozumieliśmy organizację mózgu jako opartą na częściach ciała, a nie na funkcjach ciała. Chociaż w tym momencie spekulacje, intrygujące jest myślenie, że mogliśmy się mylić co do tego przez tak długi czas.

Choć te pomysły są ekscytujące, musimy zachować ostrożność i pamiętać, że w tej chwili jest to wciąż teoria robocza. Jednak połączenie tych łańcuchów odkryć ma ważne implikacje. Nie tylko pomoże nam przepisać teorię organizacji mózgu, ale także poinformuje nas, w jaki sposób możemy wykorzystać reorganizację mózgu, aby stworzyć lepsze interfejsy między mózgiem a technologią wspomagającą, a nawet augmentacyjną.

Rzeczywiście, jeśli mózg może wykorzystać obszar brakującej ręki do reprezentowania mnóstwa innych części ciała, czy może on być również używany do reprezentowania i kontrolowania sztucznych części ciała, takich jak np. proteza ręki?

O autorze

Rebecca Nutbrown, doktorantka w dziedzinie neuronauki, UCL

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki:

at

Dzięki za odwiedziny InnerSelf.com, gdzie są 20,000 + zmieniające życie artykuły promujące „Nowe postawy i nowe możliwości”. Wszystkie artykuły są tłumaczone na 30+ języków. Zapisz się! do wydawanego co tydzień magazynu InnerSelf i Daily Inspiration Marie T Russell. Magazyn InnerSelf ukazuje się od 1985 r.