Amputerer rapporterar ofta fenomenet "fantomlämar", där de fortfarande kan känna igen närvaro av saknade fingrar, händer, armar, fötter eller ben och till och med känna smärta där de amputerade delarna en gång var. Hittills har vetenskapen inte haft någon förklaring till detta fenomen.

Nu har forskare från Oxford University kunnat undersöka hjärnan hos amputerade för att se hur deras hjärnor förändras efter förlust av en arm med hjälp av ultralätt upplösning. Att se hjärnan på denna detaljnivå har avslöjat för första gången att amputeres hjärnor behåller en otroligt detaljerad karta över de saknade hand- och enskilda fingrarna. Förekomsten av den här detaljerade handkartan i hjärnan - årtionden efter amputation - kan vara en del av förklaringen av fenomenets lemmarfenomen.

Sensoriellt missbruk, till exempel hos personer som upplever blindhet, dövhet eller amputation, har länge varit en fruktbar aveny för forskare som studerar hjärn plasticitet. Lederforskare Sanne Kikkert, med sina kollegor från Hand och Brain Lab leds av professor Tamar Makin, utnyttjade en aspekt av fantomlibbenfenomenet där amputerade inte bara kan känna närvaron eller känslan i den saknade lemmen utan även fullständigt "kontrollera" sin fantomhand. Genom att be enskilda att flytta sina fantomfingrar individuellt medan deras hjärnor har skannats kan representationen av fantomhanden i hjärnan kartläggas i detalj.

Tidigare forskning har visat det flytta fantomhanden skapar aktivitet i amputees hjärna, men tills nu har det varit svårt att säga vad den här aktiviteten verkligen representerar. Det är svårt att bevisa att hjärnaktiviteten indikerar förekomsten av en karta över den saknade handen, i motsats till någon onormal aktivitet på grund av amputationen.

Kikkertstudien visar att fantomhandaktivitetsmönstren innehåller viktiga kännetecken för "normal" handrepresentation, till exempel fingrets rymdutformning i förhållande till varandra. Faktum är att laget kunde visa att handkartorna på fantomhänderna var väl inom ramen för dem som hittades i ett kontrollprov av tvåhandiga deltagare. Med tanke på att de samplade amputerade tappade händerna mellan 25 och 31 år tidigare, är detta ganska otroligt.

Brain imaging visar detaljerade kartor över handens enskilda fingrar i amputer (botten) som är uppseendeväckande jämfört med handkartorna för de tvåhandiga kontrolldeltagarna (topp). Författare tillhandahållenI deras papper, publicerad i tidningen eLife, forskarna kunde också bekämpa några andra, mer triviala förklaringar för fantomhjärnans aktivitet. De visade att fantomhandaktiveringen inte resulterar helt enkelt av aktivering av muskler eller nerver i den återstående delen av amputema. Handkartorna var till exempel desamma i amputerer som saknade dessa muskler (på grund av amputation ovanför armbågen) eller som inte kunde skicka eller ta emot ingångar till extremiteten alls (på grund av nervskador). Det är emellertid fortfarande ett mysterium om hjärnans bevarade handkarta orsakar fantomarmsförnimmelserna, eller om känslorna själva bevarar handkartan i hjärnan.

Hur sinnet ser kroppen

Dessa resultat är dubbelt spännande eftersom de står i kontrast till traditionell visdom om hur den sensoriska kroppskartan i hjärnan genereras och upprätthålls. Denna sensoriska karta är känd som somatosensorisk homunculus (från grekiska till "liten man"), och det har länge fascinerats forskare på grund av sin högorganiserade struktur. Organiseras genom att kroppsdelarna läggs ut i hjärnan på ett väldigt likartat sätt på hur de är på kroppen:

Ett diagram över "sensoriska homunculus", som visar hur kroppsdelar mappas till hjärnan (visas i tvärsnitt). OpenStax College / Rice University, CC BYDet har länge trott att denna karta behöver en konstant ström av sensorisk inmatning från kroppen för att upprätthålla sin organisation. Denna idé stöddes av stor djurforskning som visar att när en lemm är amputerad, ligger kroppens områden i närheten av den lemnen på homunculus invadera och skriva över den missade lemmarens territorium.

Liknande omorganisation har dokumenterats hos människor. En 2013 studera av Tamar Makin och kollegor visade att den efterföljande amputationen kapar den kvarvarande handen i den saknade handens hjärnområde. Deras studie visade också att denna övertagning var relaterad till hur deltagarna använde sina kroppar: desto mer amputerade använde sin kvarvarande hand för att slutföra dagliga aktiviteter, ju mer den handen tog upp den saknade handens hjärnresurser, förmodligen för att stödja överanvändningen av den intakta handen.

Kikkert hittade liknande omorganisation i hennes grupp av amputärer i hjärnans saknade handområde, liksom de detaljerade handkartorna. Detta betyder att inte bara amputationen håller fast vid den ursprungliga funktionaliteten i detta hjärnområde, men det verkar bibehållas trots omorganisationen som också äger rum - ett faktum som inte tidigare har erkänts.

Detta skulle kunna användas i någon ganska fantastisk teknik utvecklad för amputerade och funktionshindrade individer: "neuroprosthetics" refererar till artificiella lemmar som styrs direkt av hjärnan, vanligtvis genom elektroder implanterade i cortexen. Handkartorna bevarade i hjärnan efter amputation kan utnyttjas för att tillåta individuell fingerrörelse för dessa hjärnmaskingränssnitt.

Som lagrapporten "återupptas frågan om vad som händer med ett kortikalt territorium när dess viktigaste insatser är borttagna" - och ger nya möjligheter till djupare förklaringar av homunculus inuti oss alla.

Om författaren

Harriet Dempsey-Jones, forskare i klinisk neurovetenskap, University of Oxford

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon