Hvordan hjernen husker amputerte limbs og fortsetter å kontrollere dem

Hvordan hjernen husker amputerte limbs og fortsetter å kontrollere dem
Den nye forskningen kan bidra til å utvikle robotarmer. UfaBizPhoto / Shutterstock

De fleste som har mistet et lem fortsatt føle sin tilstedeværelse flere tiår senere. Dette fenomenet, kalt "phantom limb", har lenge vært et mysterium. Men med ny ultra-høy oppløsning hjerneskanning, er vi nå i stand til å se inne i hjernen til amputere for tidligere skjulte ledetråder. Vi har nylig vist tre slående tilfeller av amputere med utrolig detaljerte kart som representerer alle fem savnede fingrene i hjernen deres.

Men hvorfor fortsetter disse kartene, til tross for flere tiår uten noe innspill fra den manglende lemmen? I en ny studie, publisert i tidsskriftet eLife, har vi nå avslørt at det beløpet en person forsiktig kan "flytte" deres fantomlimme er avgjørende for å bestemme hvordan lik hjernenes manglende håndhåndskart er for de som har to hender. Vår studie viser at fantom lemmer er ikke bare en interessant oddity, men et fenomen som kan utnyttes for å stille tidligere ubesvarte spørsmål om hjernen.

Hvis en person er uheldig nok til å miste en arm, vil mye skifte seg. Hvordan setter du på sokker? Eller åpne en drikkeflaske? Det som kan være mindre på en persons tanker (forkaste ordspillet) er hvordan å miste en arm, kan forandre hjernen sin.

Det er noe valg hjernevirksomhet som en gang styrte bevegelse og følelse av det tapte lemmet. Så, hva er de biter av hjernen som kommer opp til nå? Dette kan være et overraskende vanskelig spørsmål å svare på. Normalt for å utforske "arm" -området i hjernen - med hjernedimensjon, for eksempel - ville vi berør eller flytt den armen. Hvis den armen mangler, utgjør dette et problem.

Gjennom flere tiår med hovedsakelig dyreforskning har forskerne i stedet blitt berørt og flyttet de resterende delene av kroppen for å se om noe ser ut til å være innblanding på denne manglende håndsonen. Dette har vist oss at hvis en ape for eksempel mister en langfinger, blir hjerneområdet (som en gang styrte langfingeren) tatt over nesten umiddelbart ved naboindeks og ringfinger. Det er et territorium invasjon mye som et fysisk spill av risiko.

Denne undersøkelsen malte et bilde der gamle kroppskartene ser ut til å bli tørket bort og det verdifulle hjerneplasset fordelte seg på å støtte lemmer som forblir. Men dette viser seg å være langt fra hele historien.

Phantom leksjoner

Siden dyr har det vanskelig å fortelle oss hva de føler, er det bare gjennom menneskelig forskning - mye av det siste - at vi har funnet ut om fantomene av tapt kroppsdeler som hjemsøke hjernen til amputere, og de overraskende innsiktene de gir til vitenskapen.

Hvordan hjernen husker amputerte limbs og fortsetter å kontrollere demHjernebilder viser detaljerte kart over håndens individuelle fingre i amputere (bunn) som er oppsiktsvekkende lik i forhold til håndkartene til de tohånds kontrolldeltakere (topp). Forfatter gitt

Mange forstår ikke at amputere ikke bare kan føle deres fantom lemmer - de fleste har også god kontroll over bevegelsen sin. Vi viste tidligere at de spurte amputere for å flytte sine fantomfinger i skanneren resulterer i vakre kart av de enkelte (manglende) fingrene (se bildet over). Amputene i den studien ble imidlertid valgt spesielt fordi de hadde svært levende fantomer. Dette fører oss til å lure på, er det disse fantomfornemmelsene som holder den manglende lemmen levende i hjernen?

For å svare på dette, vi nylig skannet en stor gruppe av amputere med varierende nivåer av fantom sensasjon, fantom bevegelse og fantom smerte. Vi fant ut at i hvilken utstrekning en person kunne flytte sine fantomfinger var den beste indikatoren på hvor mye en tohånds persons kart deres kart var.

Overraskende var fantombevegelse viktigere i å forutse organisasjonen av disse håndkartene enn den enkle livligheten av fantomopplevelser - hvor mye de kunne føle sine manglende fingre. Vi var også overrasket over å finne at disse manglende håndkartene forblir jevn hos mennesker som har liten eller ingen fantomfølelse, noe som indikerer at disse kartene er utrolig stabile når de har dannet seg.

Til slutt ønsket vi å vite hva som skjer i det manglende armområdet av mennesker som er født uten lemmer (medfødte enhåndshandlere). Her har vi imidlertid hatt et problem: folk født uten lemmer opplever vanligvis ikke fantomfornemmelser (selv om dette er litt omstridt). Dette betydde at vi ikke kunne be disse deltakerne om å flytte deres fantom i skanneren, som vi gjorde med amputasjonene.

Be om medfødte enhåndsførere å forestille seg å flytte sin manglende arm i skanneren, produserte svært liten håndlignende aktivitet (det meste vi tror kan være relatert til visuelle aspekter av vår oppgave). Men for å se dypere, trengte vi en ny taktikk.

Når du beveger høyre hånd, aktiverer dette høyrehåndens eget håndkart i venstre (motsatt) side av hjernen din. Men å flytte høyre hånd forårsaker også aktivitetsendringer som gjør at vi kan se kart over unmoving venstre hånd på den andre siden av hjernen.

Så ved å få våre enhåndsdeltakere til å flytte sin intakte hånd, kunne vi fange et indirekte utseende på det manglende håndkartet. Når amputere og tohåndshandlere flyttet sin intakte hånd så vi et veldig vanlig håndkart på den manglende hånden. Deltakere født uten hånd viste ingen slik aktivitet, noe som gir oss ny tillit der det er liten eller ingen håndkart der i det hele tatt.

Phantom lemmer fanger vår oppmerksomhet fordi de er fascinerende og bisarre. Men deres vitenskapelige verdi blir også stadig tydeligere. Vår forskning reiser spørsmålet om hvorvidt folk kan eksplisitt trene sin fantomhånd for å gjenopprette fingerkartene til en mer normal tilstand. Dette kan virke meningsløst, men forskere ved Pitt University i USA implanterer for tiden elektroder inn i de manglende fingerkartene til lammede pasienter, slik at de kan kontroller og følg individuelle fingre i en robothånd. Det kan snart være tid for phantom hånd trening.Den Conversation

Om forfatteren

Harriet Dempsey-Jones, postdoktoralforsker i kognitiv nevrovitenskap, UCL

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

{AmazonWS: searchindex = Litteratur; ordenes = amputasjons; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

følg InnerSelf på

facebook-ikonettwitter-iconrss-ikonet

Få den siste via e-post

{Emailcloak = off}