Новое исследование может помочь разработать роботизированные руки. UfaBizPhoto / Shutterstock

Большинство людей, которые потеряли конечность все еще чувствую его присутствие десятилетия спустя Это явление, получившее название «фантомная конечность», долгое время оставалось загадкой. Но с новым сканированием мозга сверхвысокого разрешения мы теперь можем заглянуть в мозг людей с ампутированными конечностями, чтобы найти ранее скрытые ключи. Недавно мы показали три поразительных случая пациентов с невероятно подробные карты, представляющие все пять отсутствующих пальцев в их мозгах.

Но почему эти карты сохраняются, несмотря на десятилетия без какой-либо информации от отсутствующего члена? В новом исследовании опубликован в журнале eLifeТеперь мы выяснили, что величина, которую человек может целенаправленно «двигать» своей фантомной конечностью, имеет решающее значение для определения того, насколько похожа карта отсутствующих рук в мозге на тех, у кого две руки. Наше исследование показывает, что фантомные конечности - это не просто странная странность, а феномен, который можно использовать, чтобы задавать ранее нерешенные вопросы о мозге.

Если человек несчастен потерять руку, многое изменится. Как вы надеваете носки? Или открыть бутылку с напитком? Что может быть меньше на уме у человека (простите за каламбур), так это то, как потеря руки может изменить их мозг.

Есть некоторый выбор мозга, который когда-то контролировал движение и ощущение потерянной конечности. Итак, к чему стремятся эти кусочки мозга? Это может быть удивительно сложный вопрос. Обычно, чтобы исследовать область «руки» мозга - например, с помощью визуализации мозга - мы бы коснуться или переместить эту руку, Если эта рука отсутствует, это создает проблему.

В течение десятилетий исследований в основном на животных, исследователи вместо этого касались и перемещали оставшиеся части тела, чтобы увидеть, не кажется ли что-нибудь посягающим в этой недостающей зоне руки. Это показало нам, что если, например, обезьяна теряет средний палец, область мозга (которая когда-то контролировала средний палец) захватывается почти мгновенно не провела обыск соседний указательный и безымянный пальцы, Это вторжение на территорию, очень похожее на телесную игру Риск.

Это исследование нарисовало картину, где старые карты тела, кажется, стираются, а ценное пространство мозга перераспределяется для поддержки оставшихся конечностей. Но это оказывается далеко от всей истории.

Фантомные уроки

Поскольку животным трудно сказать нам, что они чувствуют, только благодаря человеческим исследованиям, в основном недавним, мы узнали о фантомах утраченных частей тела, которые преследовать мозг людей с ампутированными конечностямии удивительные идеи, которые они дают науке.

Визуализация мозга показывает подробные карты отдельных пальцев руки у пациентов с ампутированными конечностями (внизу), которые поразительно похожи по сравнению с картами рук участников двуручного контроля (вверху). Автор условии

Многие люди не понимают, что люди с ампутированными конечностями не только могут чувствовать их фантомные конечности - большинство также имеют хороший контроль над их движением, Ранее мы показали, что просят людей с ампутированной конечностью двигать их фантомные пальцы в сканере приводит к красивым картам отдельных (отсутствующих) пальцев (см. изображение выше). Ампутанты в этом исследовании были выбраны именно потому, что у них были очень яркие фантомы. Это заставляет нас задаться вопросом, являются ли эти призрачные ощущения живым отсутствующим членом в мозге?

Чтобы ответить на это, мы недавно сканировал большую группу пациентов с различными уровнями фантомных ощущений, фантомных движений и фантомных болей. Мы обнаружили, что степень, в которой человек может двигать своими фантомными пальцами, является лучшим показателем того, насколько похожа карта двуручного человека на его карту.

Удивительно, но фантомное движение было более важным в предсказании организации этих карт рук, чем простая яркость фантомных ощущений - насколько они могли чувствовать пропавшие пальцы. Мы также были удивлены, обнаружив, что эти отсутствующие карты рук остаются даже у людей, у которых практически нет фантомных ощущений, что указывает на то, что эти карты невероятно стабильны после их формирования.

Наконец, мы хотели узнать, что происходит в области недостающих рук у людей, рожденных без конечностей (врожденные одноручные). Здесь, однако, у нас была проблема: люди, рожденные без конечностей обычно не испытывают фантомных ощущений (хотя это немного спорным). Это означало, что мы не могли просить этих участников перемещать их фантом в сканере, как мы делали с пациентами.

Если попросить врожденных одних рук представить, как они перемещают отсутствующую руку в сканере, это приводит к очень малой активности, похожей на руку (большинство из которых, по нашему мнению, может быть связанные с визуальными аспектами нашей задачи). Но чтобы заглянуть глубже, нам нужна была новая тактика.

Когда вы двигаете правой рукой, это активирует карту правой руки в левой (противоположной) части вашего мозга. Однако, движение правой руки также вызывает изменения активности, которые позволяют нам видеть карта неподвижной левой руки на другой стороне мозга.

Таким образом, заставляя наших участников одной рукой переместить их нетронутую руку, мы могли бы получить косвенный взгляд на карту отсутствующей руки. Когда ампутанты и двуручники двигали свои неповрежденные руки, мы увидели очень нормальную карту рук на стороне пропавшей руки. Участники, родившиеся без рук, не проявили такой активности, что вселяет в нас уверенность, что на самом деле карт практически нет.

Призрачные конечности привлекают наше внимание, потому что они очаровательны и причудливы. Но их научная ценность также становится все более очевидной. Наше исследование ставит вопрос о том, могут ли люди явно тренировать свою фантомную руку, чтобы восстановить свои карты пальцев до более нормального состояния. Это может показаться бессмысленным, но ученые из Университета Питта в США в настоящее время внедряют электроды в отсутствующие карты пальцев у парализованных пациентов, что позволяет им контролировать и чувствовать отдельные пальцы руки робота, Возможно, скоро наступит время для тренировки призрачных рук.

Об авторе

Харриет Демпси-Джонс, Постдокторант в области когнитивных нейронауки, UCL

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon