Ампутеты часто сообщают о феномене «фантомных конечностей», где они все еще могут ощущать присутствие недостающих пальцев, рук, рук, ног или ног и даже чувствовать боль, когда ампутированные части когда-то были, До сих пор наука не объясняла этого явления.

Теперь, используя визуализацию с высоким разрешением, исследователи из Оксфордского университета смогли исследовать мозг ампутантов, чтобы увидеть, как их мозг изменяется после потери руки. Наблюдение мозга на этом уровне детализации впервые показало, что мозг ампутантов сохраняет невероятно подробную карту недостающей руки и отдельных пальцев. Существование этой подробной карты рук в мозге - десятилетий после ампутации - может быть частью объяснения феномена фантомных конечностей.

Сенсорная депривация, например у людей, страдающих слепотой, глухотой или ампутацией, уже давно является плодотворным средством для ученых, изучающих пластичность мозга. Ведущий исследователь Санн Киккерт, со своими коллегами из Лаборатория рук и мозга во главе с адъюнкт-профессором Тамаром Макиным, воспользовался одним из аспектов феномена фантомных конечностей, когда ампутации не только способны ощущать присутствие или ощущение в недостающей конечности, но также могут волевой «контролировать» свою фантомную руку. Обращаясь к людям, чтобы они могли перенести свои фантомные пальцы индивидуально, пока их мозг сканируется, представление фантомной руки в мозге может быть отображено подробно.

Предыдущие исследования показали, что перемещение фантомной руки создает активность в мозге ампутантов, но до сих пор было трудно сказать, что действительно представляет эта деятельность. Например, трудно доказать, что активность мозга указывает на существование карты недостающей руки, в отличие от какой-то ненормальной активности из-за ампутации.

Исследование Киккерта показывает, что шаблоны активности фантомных рук содержат важные отличительные черты «нормального» представления рук, например пространственное расположение пальцев по отношению друг к другу. Фактически, команда смогла продемонстрировать, что карты рук фантомных рук были в пределах диапазона тех, что были найдены в контрольной выборке двухсторонних участников. Учитывая, что отбираемые ампутанты потеряли руки между 25 и 31 годами ранее, это довольно невероятно.

Мозговая визуализация показывает подробные карты отдельных пальцев руки у пациентов с ампутацией (нижняя часть), которые поразительны по сравнению с ручными картами участников двуручного контроля (сверху). Автор предоставилВ своей работе, опубликован в журнале eLife, исследователи также смогли опровергнуть некоторые другие, более тривиальные объяснения фантомной активности мозга. Они показали, что активация фантомной руки не происходит просто из-за активации мышц или нервов на оставшейся конечности ампутантов. Например, карты рук оставались неизменными у пациентов с ампутацией, у которых отсутствовали эти мышцы (из-за ампутации выше локтя), или которые вообще не могли отправить или получить входные данные в конечность (из-за повреждения нервов). Однако по-прежнему остается загадкой, является ли сохраненная карта рук мозга причиной призрачных ощущений конечности или же сами ощущения сохраняют карту рук в мозге.

Как ум видит тело

Эти результаты вдвойне интересны, потому что они противоречат традиционной мудрости относительно того, как создается и поддерживается карта сенсорного тела в мозге. Эта сенсорная карта известна как соматосенсорный гомункул (от греческого «маленький человек»), и он давно очаровывает ученых благодаря своей высокоорганизованной структуре. Организован тем, что части тела расположены в мозге очень похожим образом, как они находятся на теле:

Диаграмма «сенсорного гомункула», изображающая, как части тела отображаются в мозг (показаны в поперечном разрезе). OpenStax College / Rice University, CC BYДолгое время считалось, что эта карта нуждается в постоянном потоке сенсорного ввода от тела для поддержания своей организации. Эта идея была поддержана значительными исследованиями на животных, показывающими, что при ампутации конечности области тела рядом с этой конечностью на гомункулусе вторгнуться и перезаписать территорию пропавшей конечности.

Подобная реорганизация была зарегистрирована у людей. 2013 Исследование Тамар Макин и его коллеги показали, что после ампутации оставшаяся рука захватывает территорию мозга недостающей руки. Их исследование также показало, что этот прием был связан с тем, как участники используют свои тела: чем больше ампутантов использовали свою оставшуюся руку для завершения ежедневных занятий, тем больше она занимала ресурсы мозга недостающих рук, возможно, для поддержки чрезмерного использования неповрежденная рука.

Киккерт нашел аналогичную реорганизацию в своей группе ампутантов в области недостающей руки мозга, а также подробные карты рук. Это означает, что после ампутации не только сохраняются первоначальные функциональные возможности этой области мозга, но она сохраняется, несмотря на реорганизацию, которая также имеет место - факт, который ранее не был признан.

Это можно было бы использовать в некоторых довольно удивительных технологиях, разработанных для ампутантов и инвалидов: «нейропротезирование» относится к искусственные конечности, которые контролируются непосредственно мозгом, обычно через электроды, имплантированные в кору. Ручные карты, сохраненные в мозге после ампутации, могут быть использованы, чтобы позволить индивидуальное движение пальцев для этих интерфейсов мозговой машины.

Как сообщает команда, их результаты «вновь открывают вопрос о том, что происходит с корковой областью, когда ее основные входы удаляются» - и создают новые возможности для более глубоких объяснений гомункулуса внутри нас всех.

Об авторе

Харриет Демпси-Джонс, научный сотрудник по клиническим нейронаукам, Оксфордский университет

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon