Hvordan hjernen husker amputerede lemmer og fortsætter med at kontrollere dem
Den nye forskning kan hjælpe med at udvikle robotarme. UfaBizPhoto/Shutterstock

De fleste mennesker, der har mistet et lem stadig føle dens tilstedeværelse årtier senere. Dette fænomen, kaldet "fantomlem", har længe været et mysterium. Men med ny hjernescanning med ultrahøj opløsning er vi nu i stand til at se ind i hjernen på amputerede efter tidligere skjulte spor. Vi viste for nylig tre slående tilfælde af amputerede med utroligt detaljerede kort, der repræsenterer alle fem manglende fingre i deres hjerner.

Men hvorfor fortsætter disse kort, på trods af årtier uden input fra den manglende lem? I en ny undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet eLife, har vi nu afsløret, at mængden af ​​en person målrettet kan "bevæge" deres fantomlem er afgørende for at bestemme, hvor ens deres hjernes manglende håndkort er dem, der har to hænder. Vores undersøgelse viser, at fantomlemmer ikke bare er en interessant særhed, men et fænomen, der kan udnyttes til at stille tidligere ubesvarede spørgsmål om hjernen.

Hvis en person er så uheldig at miste en arm, vil meget ændre sig. Hvordan tager du sokker på? Eller åbne en drikkedunk? Hvad der måske er mindre på en persons sind (undskyld ordspillet), er, hvordan det at miste en arm kan ændre deres hjerne.

Der er nogle valg hjerne ejendom, der engang kontrollerede bevægelse og fornemmelse af det tabte lem. Så hvad laver de hjernestykker nu? Dette kan være et overraskende svært spørgsmål at besvare. Normalt ville vi for at udforske hjernens "arm" område - med hjernebilleddannelse, for eksempel røre ved eller bevæge den arm. Hvis den arm mangler, udgør det et problem.


indre selv abonnere grafik


Gennem årtier med primært dyreforskning har forskere i stedet rørt og flyttet de resterende dele af kroppen for at se, om noget ser ud til at trænge ind i denne manglende håndzone. Dette har vist os, at hvis for eksempel en abe mister en langfinger, overtages hjerneområdet (der engang kontrollerede langfingeren) næsten øjeblikkeligt ved nabo pege- og ringfingre. Det er en territorieinvasion, meget ligesom et kropsligt spil Risk.

Denne forskning malede et billede, hvor gamle kropskort ser ud til at blive tørret væk, og det værdifulde hjernerum omfordelt til at støtte de tilbageværende lemmer. Men dette viser sig at være langt fra hele historien.

Fantom lektioner

Da dyr har svært ved at fortælle os, hvad de føler, er det kun gennem menneskelig forskning – meget af det nyere – at vi har fundet ud af fantomerne fra tabte kropsdele, som hjemsøge hjernen hos amputerede, og den overraskende indsigt, de giver videnskaben.

Hvordan hjernen husker amputerede lemmer og fortsætter med at kontrollere demHjernebilleddannelse afslører detaljerede kort over de individuelle fingre på hånden hos amputerede (nederst), der er opsigtsvækkende ens sammenlignet med håndkortene for de tohåndskontroldeltagere (øverst). Forfatter leveret

Mange mennesker er ikke klar over, at amputerede ikke kun kan mærke deres fantomlemmer – de fleste har også god kontrol over deres bevægelser. Vi har tidligere vist, at beder amputerede om at bevæge deres fantomfingre i scanneren resulterer i smukke kort af de enkelte (manglende) fingre (se billedet ovenfor). De amputerede i denne undersøgelse blev imidlertid udvalgt specifikt, fordi de havde meget levende fantomer. Dette får os til at spekulere på, er det disse fantomfornemmelser, der holder det manglende lem i live i hjernen?

For at svare på dette, vi for nylig scannet en stor gruppe af amputerede med varierende niveauer af fantomsansning, fantombevægelse og fantomsmerter. Vi fandt ud af, at det omfang, i hvilket en person kunne bevæge deres fantomfingre, var den bedste indikator for, hvor ens en tohåndspersons kort deres kort var.

Overraskende nok var fantombevægelse vigtigere for at forudsige organiseringen af ​​disse håndkort end den simple livlighed af fantomfornemmelser - hvor meget de kunne mærke deres manglende fingre. Vi var også overraskede over at finde ud af, at disse manglende håndkort forbliver selv hos mennesker, der har få eller ingen fantomfornemmelser, hvilket indikerer, at disse kort er utroligt stabile, når de først er dannet.

Til sidst ønskede vi at vide, hvad der foregår i det manglende armområde hos mennesker født uden et lem (medfødte enhåndspersoner). Her havde vi dog et problem: Folk født uden lemmer oplever typisk ikke fantomfornemmelser (selvom dette er lidt omstridt). Det betød, at vi ikke kunne bede disse deltagere om at flytte deres fantom i scanneren, som vi gjorde med de amputerede.

At bede medfødte enhåndspersoner om at forestille sig at bevæge deres manglende arm i scanneren gav meget lidt håndlignende aktivitet (hvoraf de fleste vi tror kan være relateret til visuelle aspekter af vores opgave). Men for at se dybere, havde vi brug for en ny taktik.

Når du bevæger din højre hånd, aktiverer dette højre hånds eget håndkort i venstre (modsatte) side af din hjerne. Men at flytte højre hånd forårsager også aktivitetsændringer, der giver os mulighed for at se kort over den ubevægelige venstre hånd på den anden side af hjernen.

Så ved at få vores enhåndsdeltagere til at bevæge deres intakte hånd, kunne vi fange et indirekte blik på det manglende håndkort. Når amputerede og tohåndspersoner flyttede deres intakte hånd, så vi et meget normalt udseende håndkort på den manglende hånd. Deltagere født uden en hånd viste ingen sådan aktivitet, hvilket gav os ny selvtillid, der er virkelig lidt eller intet håndkort der overhovedet.

Fantomlemmer fanger vores opmærksomhed, fordi de er fascinerende og bizarre. Men deres videnskabelige værdi bliver også mere og mere tydelig. Vores forskning rejser spørgsmålet om, hvorvidt folk kan være i stand til eksplicit at træne deres fantomhånd til at genoprette deres fingerkort til en mere normal tilstand. Dette kan virke meningsløst, men forskere ved Pitt University i USA implanterer i øjeblikket elektroder i de manglende fingerkort over lammede patienter, hvilket giver dem mulighed for at kontrollere og føle individuelle fingre på en robothånd. Det kan snart være tid til fantomhåndtræning.The Conversation

Om forfatteren

Harriet Dempsey-Jones, postdoktorforsker i kognitiv neurovidenskab, UCL

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Relaterede bøger

at InnerSelf Market og Amazon