Ампутовані часто повідомляють про явище «фантомних кінцівок», де вони все ще можуть відчути наявність відсутніх пальців, кистей, рук, ніг або ніг і навіть відчувати біль там, де колись були ампутовані частини. Дотепер у науки не було пояснень цього явища.

Тепер, використовуючи зображення з надвисокою роздільною здатністю, дослідники з Оксфордського університету змогли дослідити мозок ампутованих, щоб побачити, як змінюється їх мозок після втрати руки. Побачення мозку на такому рівні деталізації вперше показало, що мозок ампутованих зберігає неймовірно детальну карту зниклої руки та окремих пальців. Існування цієї детальної карти рук у мозку - через десятки років після ампутації - може бути частиною пояснення явища фантомних кінцівок.

Сенсорна депривація, наприклад, у людей, які страждають на сліпоту, глухоту чи ампутацію, вже давно є плідним напрямком для вчених, які вивчають пластику мозку. Провідний дослідник Санне Кіккерт зі своїми колегами з Лабораторія рук та мозку під керівництвом доцента Тамара Макіна, скористалася одним із аспектів явища фантомних кінцівок, коли ампутовані особи не тільки можуть відчувати присутність або відчуття у відсутній кінцівці, але й можуть волею "керувати" своєю фантомною рукою. Запросивши людей рухати фантомними пальцями поодинці під час сканування мозку, можна детально зобразити зображення фантомної руки в мозку.

Попередні дослідження показали, що переміщення фантомної руки створює активність в мозку ампутованих, але дотепер було важко сказати, що насправді представляє ця діяльність. Важко довести, наприклад, що мозкова діяльність вказує на існування карти зниклої руки, на відміну від якоїсь ненормальної активності внаслідок ампутації.

Дослідження Кіккерта показує, що моделі фантомної діяльності рук містять важливі ознаки «нормальної» репрезентації рук, наприклад, просторове розташування пальців по відношенню один до одного. Фактично, команда змогла продемонструвати, що картки рук фантомних рук знаходились у межах, визначених у контрольній вибірці з двох рук. Враховуючи, що ампутовані особи, яким брали вибірки, втратили руки між 25 і 31 роками раніше, це абсолютно неймовірно.

Візуалізація мозку виявляє докладні карти окремих пальців кисті в ампутованих (внизу), які вражають схожі порівняно з картами рук учасників контролю двома руками (вгорі). Автор надавУ своїй роботі опубліковано в журналі eLife, дослідники також змогли спростувати деякі інші, більш тривіальні пояснення фантомної мозкової діяльності. Вони показали, що фантомна активація кисті відбувається не просто через активацію м'язів або нервів в решті кінцівки ампутованих. Наприклад, карти рук залишились незмінними у ампутованих, яким не вистачало цих м’язів (через ампутацію вище ліктя) або які взагалі не могли надсилати чи отримувати вхідні дані в кінцівку (через пошкодження нервів). Однак досі залишається загадкою, чи збережена карта мозку рук викликає відчуття фантомних кінцівок, чи самі відчуття зберігають карту рук у мозку.

Як розум бачить тіло

Ці висновки є подвійно захоплюючими, оскільки вони протиставляються традиційній мудрості щодо того, як генерується і підтримується сенсорна карта тіла в мозку. Ця сенсорна карта відома як соматосенсорний гомункул (з грецької - “маленька людина”), і вона давно захоплює вчених завдяки своїй високоорганізованій структурі. Організовано таким чином, що частини тіла розташовані в мозку дуже подібним чином до того, як вони перебувають на тілі:

Діаграма `` сенсорного гомункула '', що зображує, як частини тіла накладаються на мозок (показано в поперечному розрізі). OpenStax College / Rice University, CC BYЗдавна вважалося, що ця карта потребує постійного потоку сенсорних надходжень від організму, щоб підтримувати свою організацію. Ця ідея була підтверджена значними дослідженнями на тваринах, які показали, що коли ампутується кінцівка, ділянки тіла, розташовані поруч з цією кінцівкою на гомункулі вторгнутися і переписати територію відсутньої кінцівки.

Подібна реорганізація зафіксована і у людей. 2013 рік вчитися Тамар Макін та його колеги показали, що після ампутації решта рук захоплює територію мозку зниклої руки. Їх дослідження також показало, що це захоплення було пов'язане з тим, як учасники використовують своє тіло: чим більше ампутованих використовували решту рук, щоб виконувати повсякденну діяльність, тим більше ця рука забирала ресурси мозку відсутньої руки, ймовірно, для підтримки надмірного використання ціла рука.

Кіккерт виявила подібну реорганізацію у своїй групі ампутованих в області зниклої руки мозку, а також детальні карти рук. Це означає, що після ампутації не тільки зберігається вихідна функціональність цієї області мозку, але вона, схоже, зберігається, незважаючи на реорганізацію, яка також має місце - факт, який раніше не був визнаний.

Це може бути використано у деяких досить дивовижних технологіях, розроблених для ампутованих та осіб з обмеженими можливостями: "нейропротезування" стосується штучні кінцівки, якими керує безпосередньо мозок, як правило, через електроди, імплантовані в кору. Карти рук, що зберігаються в мозку після ампутації, можуть бути використані для забезпечення можливості індивідуального руху пальців для цих інтерфейсів мозок-машина.

Як повідомляє команда, їх висновки "знову відкривають питання про те, що відбувається з корковою територією, як тільки її основні входи видаляються" - і відкривають нові можливості для більш глибоких пояснень гомункула всередині нас усіх.

про автора

Гаррієт Демпсі-Джонс, дослідник клінічних нейронаук, Оксфордський університет

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon