Nový výzkum ukazuje, že mapa těla mozku zůstává po amputaci nezměněna

Mozek drží „mapu“ těla, která zůstává nezměněna i poté, co je amputována končetina, na rozdíl od převládajícího názoru, že se upravuje, aby kompenzovala ztrátu, podle nového výzkumu vědců ve Velké Británii a USA.

Zjištění, zveřejněná v Neurověda přírodymají důsledky pro léčbu „fantomu končetina„Bolest, ale také naznačují, že kontrola robotických náhradních končetin pomocí nervových rozhraní může být jednodušší, než se dříve myslelo.

Studie již dříve ukázaly, že v oblasti mozku známého jako somatosenzorická kůra existuje mapa těla, přičemž různé oblasti odpovídají různým částem těla.

Tyto mapy jsou zodpovědné za zpracování smyslových informací, jako je dotyk, teplota a bolest, jakož i polohu těla. Například, pokud se dotknete něčeho horkého s vaším rukaTím se aktivuje konkrétní oblast mozku; Pokud strčíte prst, aktivuje se jiná oblast.

Po celá desetiletí byl běžně přijatelným pohledem mezi neurovědci to, že po amputaci končetiny, sousední oblasti přeskupují a v podstatě přebírají oblast dříve přiřazenou k nyní chybějící končetině. To se spoléhalo na důkazy ze studií provedených po amputaci, aniž by předem porovnávala aktivitu v mozkových mapách.

To však představilo hlavolam. Většina amputesů uvádí fantomové pocity, pocit, že končetina je stále na místě – to může také vést k pocitem, jako je svědění nebo bolest v chybějící končetině. Rovněž studie zobrazování mozku, kde byli amputi požádáni, aby „přesunuli“ jejich chybějící prsty, ukázaly mozkové vzorce připomínající vzorce u jednotlivců.

K prozkoumání tohoto rozporu sledoval tým vedený profesorem Tamarem Makinem z University of Cambridge a Dr. Hunter Schone z University of Pittsburgh tři jednotlivce kvůli amputaci jedné z jejich rukou.

Toto je poprvé, kdy se studie podívala na mapy rukou a obličeje jednotlivců před a po amputaci. Většina práce byla provedena, zatímco profesor Makin a Dr. Schone byli na UCL.

Před amputací byli všichni tři jedinci schopni pohybovat všech pět číslic svých rukou. Zatímco leží v a Funkční magnetická rezonance Skener zobrazování (fMRI) – který měří aktivitu v mozku – byli účastníci požádáni, aby přesunuli jednotlivé prsty a kabel rtů. Vědci použili mozkové skenování ke konstrukci map ruky a rtů pro každého jednotlivce. V těchto mapách sedí rty blízko ruky.

Účastníci opakovali aktivitu tři měsíce a znovu šest měsíců po amputaci, tentokrát požádali, aby si uvedli rty a představili si pohybující se jednotlivé prsty. Jeden účastník byl znovu naskenován 18 měsíců po amputaci a druhý účastník pět let po amputaci.

Vědci zkoumali signály z před amputačních prstů a porovnali je s mapy po amputaci. Analýza obrázků „před“ a „po“ odhalila pozoruhodnou konzistenci: i když nyní chybí ruka, odpovídající oblast mozku se aktivovala téměř stejným způsobem.

Profesor Makin z konání rady lékařského výzkumu a jednotky vědy o mozku na University of Cambridge, vedoucí autor studie, řekl: „Kvůli naší předchozí práci jsme měli podezření, že mozkové mapy budou do značné míry nezměněny, ale rozsah, v jakém mapa chybějící končetiny zůstala nedotčena.

„Mějte na paměti, že Somatosenzorická kůra je zodpovědný za interpretaci toho, co se děje v těle, zdá se úžasné, že se zdá, že neví, že ruka už tam není. “

Jak předchozí studie naznačovaly, že mapa těla reorganizuje tak, aby převzaly sousední regiony, vědci se podívali na region odpovídající rtům, aby zjistili, zda se pohyboval nebo se rozšířil. Zjistili, že to zůstalo nezměněno a nepřevzalo region představující chybějící ruku.

První autor studie, Dr. Schone z oddělení fyzické medicíny a rehabilitace, University of Pittsburgh, řekl: „Neviděli jsme žádné známky reorganizace, ke kterému by se mělo stát podle klasického způsobu myšlení. Mozkové mapy zůstaly statické a nezměněné.“

Pro doplnění jejich zjištění vědci porovnali své případové studie s 26 účastníky, kteří nechali své horní končetiny amputovat v průměru 23,5 let předem. Tito jedinci ukázali podobné mozkové reprezentace rukou a rtů těm, kteří byli ve svých třech případových studiích, což naznačuje dlouhodobé důkazy o stabilitě reprezentací rukou a rtů navzdory amputaci.

Vědci nabízejí vysvětlení pro předchozí nedorozumění toho, co se děje v mozku po amputaci. Říká se, že hranice v mozkových mapách nejsou jasné řez – zatímco mozek má mapu těla, každá část mapy nepodporuje jednu část těla výhradně.

Takže zatímco vstupy ze prostředního prstu mohou do značné míry aktivovat jednu oblast, například ukazují také určitou aktivitu v oblasti představující ukazováček.

Předchozí studie, které argumentují pro masivní reorganizaci, určovaly rozložení map použitím strategie „vítěze vezme všechny“ – stimulují zbývající části těla a poznamenávají, která oblast mozku ukazuje nejvíce aktivity; Protože chybějící končetina již není stimulována, byla aktivita ze sousedních končetin nesprávně interpretována jako převzetí.

Zjištění mají důsledky pro léčbu bolesti fantomových končetin, jevu, který může amputovat. Současné přístupy se zaměřují na pokus o obnovení reprezentace končetiny v mozkové mapě, ale randomizované kontrolované studie pro testování tohoto přístupu prokázaly omezený úspěch – TODAYova studie naznačuje, že tyto přístupy jsou zaměřeny na nesprávný problém.

Dr. Schone řekl: „Zbývající části nervů-doposud uvnitř zbytkové končetiny-již nejsou spojeny s jejich konečnými cíli. Jsou dramaticky odříznuty od smyslových receptorů, které je dodávaly konzistentní signály. Bez koncového cíle mohou nervy i nadále růst, aby vytvořily zahušťování nervové tkáně a posílaly noviny do mozku.

„Nejslibnější terapie zahrnují přehodnocení toho, jak je amputační chirurgie skutečně prováděna, například roubování nervů do nového svalu nebo kůže, takže mají nový domov, kterému se má připojit.“

Ze tří účastníků měl jeden před amputací značnou bolest končetin, ale obdržel složitý postup, který štěpuje nervy do nového svalu nebo kůže; Už nezažívá bolest. Další dva účastníci však dostali standardní léčbu a nadále zažili bolest fantomových končetin.

University of Pittsburgh je jednou z řady institucí, která zkoumá, zda může být pohyb a senzace obnoven na ochrnuté končetiny nebo zda amputované končetiny mohou být nahrazeny umělými robotickými končetinami ovládanými mozkovým rozhraním. Tato studie naznačuje, že vzhledem k tomu, že mapy mozku jsou zachovány, mělo by – v teorii – být možné obnovit pohyb na ochrnutou končetinu nebo pro mozek kontrolovat protetiku.

Dr. Chris Baker z Laboratoře mozku a poznání, Národní ústavy duševního zdraví, řekl: „Pokud se mozek znovu zapojil amputaceTyto technologie by selhaly. Pokud by oblast, která byla zodpovědná za ovládání vaší ruky, byla nyní zodpovědná za vaši tvář, tyto implantáty by prostě nefungovaly. Naše zjištění poskytují skutečnou příležitost k rozvoji těchto technologií nyní. “

Dr. Schone dodal: „Nyní, když jsme ukázali, že tyto mapy jsou stabilní, technologie rozhraní mozkového počítače mohou fungovat za předpokladu, že mapa těla zůstává v průběhu času konzistentní.

„To nám umožňuje přesunout se do další hranice: Přístup k jemnějším detailům mapy rukou – jako je rozlišování špičky prstu od základny – a obnovení bohatých, kvalitativních aspektů pocitu, jako je textura, tvar a teplota. Tato studie je silnou připomínkou, že i po ztrátě končetin drží mozek na tělo, aby se znovu spojil.“