Hvorfor hjernen ikke kan glemme amputerede lemmer

Amputerede rapporterer ofte fænomenet "fantom lemmer", hvor de stadig kan mærke tilstedeværelsen af ​​manglende fingre, hænder, arme, fødder eller ben og endda føler smerte, hvor de amputerede dele engang var. Indtil videre har videnskaben ikke haft nogen forklaring på dette fænomen.

Nu ved hjælp af billedbehandling med ultrahøj opløsning har forskere fra Oxford University været i stand til at undersøge hjernen hos amputerede for at se, hvordan deres hjerner ændres efter tabet af en arm. At se hjernen på dette detaljeringsniveau har for første gang afsløret, at amputerede hjerner bevarer et utroligt detaljeret kort over den manglende hånd og individuelle fingre. Eksistensen af ​​dette detaljerede håndkort i hjernen - årtier efter amputation - kunne være en del af forklaringen på fantomfænomenet.

Sensorisk deprivation, for eksempel hos mennesker, der oplever blindhed, døvhed eller amputation, har længe været en frugtbar vej for forskere, der studerer hjernens plasticitet. Lederforsker Sanne Kikkert med sine kolleger fra Hånd- og hjernelaboratorium ledet af lektor Tamar Makin, benyttede sig af et aspekt af fantom lemmer fænomenet, hvor amputerede ikke kun er i stand til at føle tilstedeværelsen af ​​eller fornemmelsen i det manglende lem, men kan også "kontrollere" deres fantomhånd. Ved at bede enkeltpersoner om at bevæge deres fantomfingre individuelt, mens deres hjerner scannes, kan gengivelsen af ​​fantomhånden i hjernen kortlægges i detaljer.

Tidligere undersøgelser har vist det bevægelse af fantomhånden skaber aktivitet i hjernen hos amputerede, men indtil nu har det været svært at sige, hvad denne aktivitet virkelig repræsenterer. Det er for eksempel vanskeligt at bevise, at hjerneaktiviteten indikerer eksistensen af ​​et kort over den manglende hånd i modsætning til en eller anden unormal aktivitet på grund af amputationen.

Kikkers undersøgelse viser, at fantomhåndsaktivitetsmønstre indeholder vigtige kendetegn for ”normal” håndrepræsentation, f.eks. Det rumlige layout af fingrene i forhold til hinanden. Faktisk var holdet i stand til at demonstrere, at fantomhændernes håndkort var godt inden for rækkevidden af ​​dem, der blev fundet i en kontrolprøve af tohåndsdeltagere. I betragtning af at de amputerede stikprøver mistede deres hænder mellem 25 og 31 år tidligere, er dette ret utroligt.


indre selv abonnere grafik


Hjernebillede afslører detaljerede kort over de enkelte fingre på hånden i amputerede (nederst), der er overraskende ens sammenlignet med håndkortene til de tohåndede kontroldeltagere (øverst). Forfatter forudsatHjernebillede afslører detaljerede kort over de enkelte fingre på hånden i amputerede (nederst), der er overraskende ens sammenlignet med håndkortene til de tohåndede kontroldeltagere (øverst). Forfatter forudsatI deres papir, offentliggjort i tidsskriftet eLife, var forskerne også i stand til at afvise nogle andre, mere trivielle forklaringer på fantomhjerneaktivitet. De viste, at fantomhåndaktivering ikke blot skyldes aktivering af muskler eller nerver i de resterende lemmer af amputerede. For eksempel forblev håndkortene de samme hos amputerede, der manglede disse muskler (på grund af amputation over albuen) eller som overhovedet ikke kunne sende eller modtage input til lemmerne (på grund af nerveskader). Imidlertid forbliver det stadig et mysterium, om hjernens bevarede håndkort forårsager fantom lemmerfornemmelser, eller om fornemmelserne selv bevarer håndkortet i hjernen.

Hvordan sindet ser kroppen

Disse fund er dobbelt spændende, fordi de står i kontrast til traditionel visdom om, hvordan det sensoriske kropskort i hjernen genereres og vedligeholdes. Dette sensoriske kort er kendt som somatosensorisk homunculus (fra græsk for "lille mand"), og det har længe fascineret forskere på grund af dets meget organiserede struktur. Organiseret ved, at kropsdelene er lagt ud i hjernen på en meget lignende måde, hvordan de er på kroppen:

Et diagram over 'sensorisk homunculus', der viser, hvordan legemsdele kortlægges til hjernen (vist i tværsnit). OpenStax College / Rice University, CC BYEt diagram over 'sensorisk homunculus', der viser, hvordan legemsdele kortlægges til hjernen (vist i tværsnit). OpenStax College / Rice University, CC BYDet har længe været antaget, at dette kort har brug for en konstant strøm af sensorisk input fra kroppen for at opretholde sin organisation. Denne idé blev understøttet af betydelig dyreforsøg, der viser, at når en lem amputeres, er kroppens områder i nærheden af ​​det lem på homunculus invadere og overskrive det manglende lems territorium.

Lignende omorganisering er dokumenteret hos mennesker. A 2013 studere af Tamar Makin og kolleger viste, at efter amputation kaprer den resterende hånd hjernens territorium for den manglende hånd. Deres undersøgelse viste også, at denne overtagelse var relateret til den måde, deltagerne bruger deres kroppe på: jo flere amputerede brugte deres resterende hånd til at gennemføre daglige aktiviteter, desto mere tog hånden op på den manglende hånds hjerneressourcer, sandsynligvis for at støtte overforbrug af den intakte hånd.

Kikkert fandt lignende omorganisering i sin gruppe af amputerede i det manglende håndområde i hjernen såvel som de detaljerede håndkort. Dette betyder, at efter amputation ikke kun opretholdes den oprindelige funktionalitet i dette hjerneområde, men det ser ud til at blive opretholdt på trods af den reorganisering, der også finder sted - en kendsgerning, der ikke tidligere er blevet anerkendt.

Dette kunne bruges i en smuk fantastisk teknologi udviklet til amputerede og handicappede: "neuroprotetik" refererer til kunstige lemmer, der styres direkte af hjernen, normalt gennem elektroder implanteret i cortex. Håndkortene, der er bevaret i hjernen efter amputation, kunne udnyttes til at tillade individuel fingerbevægelse for disse grænseflader mellem hjernen og maskinen.

Som holdet rapporterer, "genåbner deres fund spørgsmålet om, hvad der sker med et kortikalt territorium, når dets vigtigste input er fjernet" - og udgør nye muligheder for dybere forklaringer på homunculus inde i os alle.

Om forfatteren

The ConversationHarriet Dempsey-Jones, forsker i klinisk neurovidenskab, University of Oxford

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon