Drummer Rick Allen har övervunnit amputationen av en av hans armar. Matt Becker / weatherman / wikipedia, CC BY-SA

Att förstå hur människans hjärna fungerar är ett av de viktigaste målen för vetenskapen. Och ett av de första stegen för att avslöja sina hemligheter ligger i att utarbeta hur hjärnan faktiskt är organiserad. Vår nuvarande syn går tillbaka till banbrytande arbete av neurosurgeon Wilder Penfield i 1940s, som etablerade länken mellan hjärnorganisationen och vår förmåga att driva vår kropp.

Penfield stimulerade elektriskt vissa hjärnområden hos sina patienter och märkte att de ofrivilligt rörde sig eller rapporterade känslor från specifika delar av kroppen som svar. Detta var grunden för idén om att hjärnan innehåller en kart över kroppen, där olika regioner kontrollerar olika kroppsdelar. Men nu, nästan 80 år senare, föreslår en ny studie en alternativ idé.

Det finns många sätt att studera länken mellan hjärnorganisationen och dess funktion. En är genom att observera hjärnans svar på en djupgående fysisk förändring, som att förlora en kroppsdel ​​eller födas utan en. Till exempel, vad händer med hjärnregionen som styr handen när handen inte längre existerar?

När forskare först började utforska denna fråga såg de att hjärnområdet som tidigare representerade handen blir "övertagen" av de närliggande regionerna i hjärnan. På detta sätt skulle hjärnan omorganisera genom en kamp för hjärnområde, med vinnande grannregion som hävdar området för sitt eget funktionella syfte.

På samma sätt blir den obesatta cortexen hos människor födda utan en hand, där sensorisk inmatning inte gick förlorad, men aldrig existerat i första hand, rekryterad för att representera enhandarens återstående arm. Dessa extra hjärnans resurser har föreslagits för att låta enhandare utnyttja sin kvarvarande arm för att ersätta den saknade handfunktionen.

Emellertid den ny studie av mina kollegor, publicerade i Current Biology, föreslår att en handers använder en rad kreativa strategier för att slutföra komplexa vardagliga uppgifter - där kroppsdelar som styrs av hjärnområden som inte finns nära det saknade handområdet (se bild). Detta gjorde dem frågan huruvida hjärnanpassning verkligen bestäms av grannskapsrelationer i hjärnan.

Experimentet

Forskarna studerade 17-personer födda med bara en hand och 24-personer med två händer. Deltagarna blev ombedda att utföra uppgifter i labbet, från att förpacka en present för att öppna en flaska eller vikningstvätt. Dessa till synes vardagliga uppgifter kräver faktiskt enorm samordning mellan våra två händer och utgör därför kontinuerliga utmaningar för människor som bara har en hand. Enhandshandlare har framgångsrikt genomfört uppgiften genom att använda en mångsidig repertoar av kompensationsstrategier, allt från att använda benen, läpparna, protesen eller den kvarvarande armen för att utföra de uppgifter som normalt involverar två händer.

Eftersom dessa handlingar omfattade kroppsdelar som inte alla kontrolleras av områden nära det som kontrollerar den saknade handen ville forskarna veta vad som händer i hjärnorna hos dessa anmärkningsvärda människor. De bad deltagarna att utföra enkla rörelser med dessa olika kroppsdelar och spårade deras hjärnaktivitet.

Funktionella MRI-skanningar visade att föreställningarna hos olika kroppsdelar som användes för att ersätta handfunktionen kortades rätt på det kortikala utrymmet som skulle ha representerat handen. Med andra ord, hjärnområdet som skulle ha representerat handen, användes istället för att stödja läppar, fötter eller armar.

Även om denna studie inte är den första som demonstrerar en kroppsdel ​​som invaderar regionen i hjärnbarken hos en annan kroppsdel, är den den första som visar flera kroppsdelar som dra nytta av samma hjärnområde - oavsett om dessa regioner ligger nära varandra andra i hjärnan.

Så det verkar som om det finns mycket mer flexibilitet i hjärnan än vad vi tidigare trodde, eftersom den tillgängliga cortexen kan tilldelas kroppsdelar som delar den saknade handens funktionalitet.

Omorganisation eller omorientering?

Ett sätt att sätta dessa resultat i kontext är att fråga, vad händer om handområdet inte representerar handområdet i sig, utan bara den del av hjärnan som ansvarar för den funktion som normalt bärs av den handen?

Om denna tolkning är korrekt har vi missförstått hjärnorganisationen som baserad på kroppsdelar snarare än på kroppsfunktion. Medan spekulativa vid denna punkt är det spännande att tro att vi kunde ha varit fel på det här så länge.

Så spännande som dessa idéer är, måste vi vara försiktig och kom ihåg att detta fortfarande är en fungerande teori för tillfället. Att binda samman dessa strängar av upptäckten har dock viktiga konsekvenser. Det kommer inte bara att hjälpa oss att skriva om teorin om hjärnorganisation, utan kommer också att informera oss om hur vi kan utnyttja hjärnomläggningen för att skapa bättre gränssnitt mellan hjärnan och hjälpmedlet och till och med ökande teknik.

Om hjärnan kan utnyttja det saknade handområdet för att representera en mängd andra kroppsdelar kan den också användas för att representera och kontrollera artificiella kroppsdelar, såsom en protesarm?

Om författaren

Rebecca Nutbrown, doktorand i neurovetenskap, UCL

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

Relaterade böcker:

at

Tack för besöket InnerSelf.com, där det finns 20,000+ livsförändrande artiklar som främjar "Nya attityder och nya möjligheter." Alla artiklar är översatta till 30+ språk. Prenumerera till InnerSelf Magazine, som publiceras varje vecka, och Marie T Russells Daily Inspiration. InnerSelf Magazine har publicerats sedan 1985.