Den nya forskningen kan bidra till att utveckla robotarmar. UfaBizPhoto / Shutterstock

De flesta som har förlorat en lem känner fortfarande sin närvaro årtionden senare. Detta fenomen, som kallas "fantomlimben", har länge varit ett mysterium. Men med ny ultrahögupplösning hjärnskanning kan vi nu se in i amputerns hjärnor för tidigare dolda ledtrådar. Vi har nyligen visat tre slående fall av amputerer med otroligt detaljerade kartor som representerar alla fem saknade fingrarna i deras hjärnor.

Men varför fortsätter dessa kartor, trots årtionden utan några inmatningar från den saknade lemmen? I en ny studie, publicerad i tidningen eLife, har vi nu avslöjat att den mängd en person kan försiktigt "flytta" sin fantomlim är avgörande för att bestämma hur liknande deras hjärnans saknas handkarta är för dem som har två händer. Vår studie visar att fantom lemmer inte bara är en intressant odditet, men ett fenomen som kan utnyttjas för att fråga tidigare obesvarade frågor om hjärnan.

Om en person är olycklig att förlora en arm, kommer mycket att förändras. Hur sätter du på strumpor? Eller öppna en dryckesflaska? Vad som kan vara mindre på en persons tankar (förlåt pungen) är hur att förlora en arm kan förändra sin hjärna.

Det finns ett val av hjärnfastigheter som en gång styrde rörelse och känsla av den förlorade lemmen. Så, vad är de bitarna av hjärnan som hittills uppstår? Detta kan vara en överraskande svår fråga att svara på. Normalt att utforska "arm" -området i hjärnan - med hjärnbilder, till exempel - skulle vi Rör eller rör den armen. Om den armen saknas, utgör detta ett problem.

Genom årtionden av mestadels djurforskning har forskarna istället rört sig och flyttat de återstående kroppsdelarna för att se om något verkar vara inkräktande på den här saknade handzonen. Detta har visat oss att om till exempel en apa förlorar ett långfinger, är hjärnområdet (som en gång styrde långfingret) övertaget nästan omedelbart genom att närliggande index och ringfingrar. Det är ett territorium invasion som ett fysiskt spel av risk.

Denna forskning målade en bild där gamla kroppskartor verkar slängas och det värdefulla hjärnutrymmet omfördelas för att stödja lemmar som återstår. Men det visar sig vara långt ifrån hela historien.

Phantom lektioner

Eftersom djur har svårt att berätta vad de känner är det bara genom mänsklig forskning - mycket av det nyligen - att vi har funnit om fantom av förlorade kroppsdelar som spöka hjärnan av amputerade, och de överraskande insikter de ger till vetenskapen.

Brain imaging visar detaljerade kartor över handens enskilda fingrar i amputer (botten) som är uppseendeväckande jämfört med handkartorna för de tvåhandiga kontrolldeltagarna (topp). författaren förutsatt

Många inser inte att amputerade inte bara kan känna sina fantom lemmar - de flesta har också bra kontroll över deras rörelse. Vi visade tidigare att de frågade amputerade att flytta sina fantomfingrar i skannern resulterar i vackra kartor av de enskilda (saknade) fingrarna (se bilden ovan). Amputerna i den studien valdes emellertid speciellt för att de hade mycket levande fantom. Detta leder oss att undra, är det dessa fantomförnimmelser som håller den saknade lemmen levande i hjärnan?

För att svara på detta, vi nyligen skannade en stor grupp av amputerer med varierande nivåer av fantom sensation, fantom rörelse och fantom smärta. Vi fann att graden av vilken en person kunde flytta sina fantomfingrar var den bästa indikatorn på hur lika en tvåhandig persons karta deras karta var.

Förvånansvärt var fantomrörelse viktigare för att förutsäga organisationen av dessa handkartor än den enkla livligheten av fantomförnimmelser - hur mycket de kunde känna sina saknade fingrar. Vi blev också förvånad över att finna att dessa saknade handkartor förblir jämnare hos människor som har ringa eller inga fantomupplevelser, vilket tyder på att dessa kartor är otroligt stabila när de har bildats.

Slutligen ville vi veta vad som händer i det saknade armområdet av människor födda utan lem (medfödda enhandare). Här hade vi dock ett problem: människor födda utan lemmar upplever vanligtvis inte fantomförnimmelser (även om detta är lite omstridd). Detta innebar att vi inte kunde be dessa deltagare att flytta sitt fantom i skannern, som vi gjorde med amputerna.

Att be medfödda enhandare att föreställa sig att flytta sin saknade arm i skannern producerade mycket lite handliknande aktivitet (de flesta vi tror kan vara relaterade till visuella aspekter av vår uppgift). Men för att se djupare behövde vi en ny taktik.

När du flyttar din högra hand aktiverar detta högerhandens egna handkarta på vänster (motsatt) sida av din hjärna. Att flytta den högra handen orsakar också aktivitetsändringar som gör det möjligt för oss att se karta över den unmoving vänstra handen på andra sidan hjärnan.

Så genom att få våra enhändiga deltagare att flytta sin intakta hand kunde vi fånga ett indirekt blick på den saknade handkartan. När amputerer och tvåhandare flyttade sin intakta hand såg vi en väldigt snygg handkarta på den saknade handen. Deltagare födda utan hand visade ingen sådan aktivitet, vilket gav oss nytt förtroende där det verkligen finns liten eller ingen handkarta överallt.

Phantom lemmar fånga vår uppmärksamhet eftersom de är fascinerande och bisarra. Men deras vetenskapliga värde blir också allt tydligare. Vår forskning väcker frågan om huruvida människor kanske kan uttrycka sin fantomhand för att återställa sina fingerkartor till ett mer normalt tillstånd. Det kan tyckas meningslöst, men forskare vid Pitt University i USA implanterar för närvarande elektroder i de saknade fingerkartorna över förlamade patienter, så att de kan kontrollera och känna enskilda fingrar i en robothand. Det kan snart vara dags för phantom hand träning.

Om författaren

Harriet Dempsey-Jones, postdoktoral forskare i kognitiv neurovetenskaper, UCL

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon