Osoby niepełnosprawne często zgłaszają zjawisko „bólu fantomowego” lub „fantomowych kończyn”, kiedy wyczuwają brak palców, dłoni, stóp lub goleni, a czasami nawet odczuwają ból w raz amputowanych kończynach. Do tej pory nauka nie potrafiła w żaden sposób wyjaśnić tego zjawiska. Ale teraz, korzystając z obrazów o ultrawysokiej rozdzielczości, naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego byli w stanie zbadać mózgi osób po amputacji i zobaczyć, jak zmieniają się ich mózgi po utracie ręki. Szczegółowość mózgu na tak wysokim poziomie ujawniła po raz pierwszy niesamowitą rzecz: mózg osoby po amputacji zachowuje niezwykle szczegółową mapę brakującej ręki i poszczególnych palców.
Istnienie tej szczegółowej mapy ręki w mózgu - nawet kilkadziesiąt lat po amputacji - może częściowo wyjaśniać zjawisko kończyny fantomowej.
Deprywacja sensoryczna u osób, które doświadczyły na przykład ślepoty, głuchoty lub amputacji, od dawna jest podatnym polem do badań plastyczności mózgu. Główny badacz Sanna Kikkert i jej koledzy z Laboratorium Rąk i Mózgu, kierowani przez docent Tamarę Makin, przyjęli za podstawę do badań jeden aspekt zjawiska kończyny fantomowej, kiedy osoby po amputacji nie tylko wyczuwają obecność lub uczucia w brakującej kończynie, ale mogą także „kontrolować” swoją fantomową rękę. Prosząc ludzi o indywidualne poruszanie fantomowymi palcami podczas równoległego skanowania ich mózgów, naukowcy byli w stanie sporządzić szczegółową mapę reprezentacji dłoni fantomowej w mózgu.
Wcześniejsze badania wykazały, że poruszanie fantomową ręką wywołuje aktywność w mózgu osoby po amputacji, ale do tej pory trudno było określić, na czym dokładnie polega ta aktywność. Na przykład, trudno jest udowodnić, że aktywność mózgu wskazuje raczej na brak karty ręki niż na jakąś nieprawidłową aktywność spowodowaną amputacją.
Badania Kickerta pokazują, że wzorce aktywności dłoni fantomowej zawierają ważne cechy „normalnej” reprezentacji dłoni, takie jak przestrzenne ułożenie palców względem siebie. Zespół był w stanie wykazać, że mapy dłoni fantomu kończyn mieszczą się w zakresie wskazanym w kontrolnej próbie uczestników oburęcznych. Biorąc pod uwagę, że badani stracili ręce 25 do 31 lat temu, jest to niesamowite.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie eLife, naukowcom udało się również obalić kilka innych, bardziej trywialnych wyjaśnień aktywności mózgu fantomu. Wykazali, że aktywacja ramienia fantomowego nie jest prostym wynikiem aktywności mięśni lub nerwów w kikucie pozostałym po amputacji. Na przykład u osób po amputacji, które utraciły mięśnie (z powodu amputacji powyżej łokcia), mapy dłoni pozostały takie same, jak u osób, które w ogóle nie mogły wysyłać ani odbierać sygnałów z kończyny (z powodu uszkodzenia nerwów). Niemniej jednak nadal pozostaje tajemnicą, czy zmagazynowana mapa dłoni w mózgu powoduje fantomowe odczucia kończyny, czy też same doznania zachowują mapę dłoni w mózgu.
Film promocyjny:
Jak mózg widzi ciało
Wyniki te są podwójnie interesujące, ponieważ zaprzeczają konwencjonalnej opinii na temat tego, jak mózg tworzy i utrzymuje sensoryczną mapę ciała. Ta mapa sensoryczna nazywana jest somatosensorycznym homunkulusem (z greckiego „mały człowiek”) i od dawna zaskakuje naukowców swoją wysoce zorganizowaną strukturą. Zorganizowany w ten sposób, że mózg fałduje części ciała bardzo podobnie do tego, jak znajdują się na ciele:
Od dawna uważano, że ta mapa wymaga stałego strumienia bodźców sensorycznych z ciała, aby była zorganizowana. Ta myśl została potwierdzona przez znaczną liczbę badań na zwierzętach pokazujących, że kiedy kończyna jest amputowana, obszary ciała w pobliżu homunkulusa najeżdżają i nadpisują terytorium brakującej kończyny.
Podobną reorganizację stwierdzono u ludzi. Badanie przeprowadzone w 2013 roku przez Tamar Makin i współpracowników wykazało, że po amputacji mózg zabiera pozostałe terytorium z brakującej ręki. Ich badanie wykazało również, że ten uchwyt był związany ze sposobem, w jaki badani używali swoich ciał: im częściej osoba po amputacji używała pozostałej ręki do codziennych czynności, tym bardziej ta ręka pochłaniała zasoby mózgowe brakującego ramienia, prawdopodobnie w celu wsparcia nadmiernego używania nienaruszonej ręki.
Kickert znalazła podobną reorganizację w swojej grupie osób po amputacji w obszarze brakującej ręki w mózgu, a także szczegółowe mapy dłoni. Oznacza to, że po amputacji ten obszar mózgu nie tylko pozostaje funkcjonalny, ale także zostaje zachowany, pomimo późniejszej reorganizacji - fakt ten nie został wcześniej rozpoznany.
W rzeczywistości można go wykorzystać do tworzenia niesamowitych technologii specjalnie dla kalek i niepełnosprawnych: „neuroprotez”, które są kontrolowane bezpośrednio przez mózg, zwykle za pomocą elektrod wszczepionych do kory mózgowej. Mapa dłoni zapisana po amputacji może służyć do wbijania pojedynczych palców w te interfejsy neurokomputera.
ILYA KHEL