Нове дослідження може допомогти у розробці роботизованих озброєнь. UfaBizPhoto / Shutterstock

Більшість людей, які втратили кінцівку все ще відчуваю його присутність десятиліттями пізніше. Це явище, яке отримало назву «фантомна кінцівка», давно було загадкою. Але завдяки новому скануванню мозку з надвисокою роздільною здатністю ми тепер можемо заглянути всередину мозку ампутованих, щоб знайти раніше приховані підказки. Нещодавно ми показали три вражаючі випадки ампутації неймовірно детальні карти, що представляють всі п’ять відсутніх пальців у мозку.

Але чому ці карти зберігаються, незважаючи на десятиліття без жодного втручання від відсутньої кінцівки? У новому дослідженні опубліковано в журналі eLife, ми тепер виявили, що кількість, яку людина може цілеспрямовано «рухати» своєю фантомною кінцівкою, є критично важливою для визначення того, наскільки схожа карта відсутньої руки мозку у їх мозку до тих, хто має дві руки. Наше дослідження показує, що фантомні кінцівки - це не просто цікава дивина, а явище, яке можна використати, щоб задати раніше не отримані питання про мозок.

Якщо людині пощастить втратити руку, багато чого зміниться. Як ви одягаєте шкарпетки? Або відкрити пляшку з напоєм? Що може бути менш за розум людини (вибачте за каламбур), так це те, як втрата руки може змінити її мозок.

Є певний вибір нерухомості для мозку, яка колись контролювала рух і відчуття втраченої кінцівки. Отже, що це за шматочки мозку зараз? На це може бути дивно важке запитання. Зазвичай досліджувати область "мозку" мозку - наприклад, за допомогою візуалізації мозку - ми б це робили торкатися або рухати цією рукою. Якщо ця рука відсутня, це створює проблему.

Протягом десятиліть переважно досліджень на тваринах дослідники замість цього торкалися та рухали решту частин тіла, щоб перевірити, чи не зазіхає щось на цю відсутність зони рук. Це показало нам, що якщо, наприклад, мавпа втрачає середній палець, область мозку (яка колись контролювала середній палець) береться за майже миттєво по сусідні вказівний і безіменний пальці. Це вторгнення на територію, схоже на тілесну гру Ризику.

Це дослідження намалювало картину, коли старі карти тіла, здається, стираються, а цінний простір мозку перерозподіляється для підтримки кінцівок, що залишились. Але це виявляється далеко не цілою історією.

Уроки фантомів

Оскільки тваринам важко розповісти нам, що вони відчувають, лише завдяки людським дослідженням - більшість із них останнім часом - ми дізналися про фантоми втрачених частин тіла, які переслідують мізки ампутованих, і дивовижне розуміння, яке вони надають науці.

Візуалізація мозку виявляє докладні карти окремих пальців кисті у ампутованих (внизу), які вражають схожі порівняно з картами рук учасників контролю двома руками (вгорі). Автор надано

Багато людей не усвідомлюють, що ампутовані люди не тільки можуть відчувати свої фантомні кінцівки - більшість з них також мають хороший контроль за їхнім рухом. Раніше ми показали, що просимо ампутованих перенести фантомні пальці в сканер результати на красивих картах окремих (відсутніх) пальців (див. зображення вище). Однак ампутовані в цьому дослідженні були обрані спеціально тому, що вони мали надзвичайно яскраві фантоми. Це змушує нас замислитися, чи не саме ці фантомні відчуття утримують зниклу кінцівку в живому мозку?

Щоб відповісти на це, ми нещодавно проскановано велику групу ампутованих з різним рівнем фантомних відчуттів, фантомних рухів та фантомного болю. Ми виявили, що те, наскільки людина могла рухати фантомними пальцями, було найкращим показником того, наскільки схожою на карту двох людей була її карта.

Дивно, але фантомний рух був важливішим для прогнозування організації цих карт рук, ніж проста яскравість фантомних відчуттів - наскільки вони могли відчувати свої відсутні пальці. Ми також були здивовані, коли виявили, що ці відсутні карти рук залишаються навіть у людей, які майже не відчувають фантомних відчуттів, що вказує на те, що ці карти неймовірно стабільні після їх формування.

Нарешті, ми хотіли дізнатися, що відбувається в області зниклої руки людей, народжених без кінцівки (вроджені одноруки). Однак у нас тут була проблема: люди, народжені без кінцівок зазвичай не відчувають фантомних відчуттів (хоча це так трохи спірний). Це означало, що ми не могли попросити цих учасників перемістити свій фантом у сканер, як це було зроблено з ампутованими.

Попрошення вроджених одноласників уявити, як вони рухають свою відсутню руку в сканері, призвело до дуже малої ручної активності (більшість з яких, на наш погляд, пов'язані з візуальними аспектами нашого завдання). Але щоб заглянути глибше, нам потрібна була нова тактика.

Коли ви рухаєте правою рукою, це активує власну карту правої руки в лівій (протилежній) стороні вашого мозку. Однак рух правою рукою також спричиняє зміни активності, які дозволяють нам бачити карта нерухомої лівої руки з іншого боку мозку.

Отже, змусивши наших одноруких учасників рухати цілою рукою, ми могли б непрямо поглянути на карту відсутньої руки. Коли ампутовані та дворучні рухали своєю неушкодженою рукою, ми побачили дуже нормальну на мапі руку на відсутній стороні руки. Учасники, які народились без руки, не виявляли такої активності, що додає нам нової впевненості, що там насправді практично немає карти рук.

Фантомні кінцівки привертають нашу увагу, бо вони захоплюючі та химерні. Але їх наукове значення також стає все більш очевидним. Наше дослідження ставить питання про те, чи зможуть люди явно навчити свою фантомну руку відновлювати свої карти пальців до більш нормального стану. Це може здатися безглуздим, але в даний час вчені з університету Пітта в США імплантують електроди в карти зниклих пальців паралізованих пацієнтів, дозволяючи їм контролювати і відчувати окремі пальці роботизованої руки. Можливо, скоро настане час для фантомної розминки рук.

про автора

Гаррієт Демпсі-Джонс, докторант з когнітивних нейронаук, UCL

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon