Amputees rapporteren vaak het fenomeen van 'fantoomledematen', waar ze nog steeds de aanwezigheid van ontbrekende vingers, handen, armen, voeten of benen kunnen voelen, en zelfs pijn voelen waar de geamputeerde delen eens waren. Tot nu toe heeft de wetenschap geen verklaring voor dit fenomeen.

Nu, met behulp van ultra-hoge resolutie imaging, hebben onderzoekers van de Universiteit van Oxford de hersenen van geamputeerden kunnen onderzoeken om te zien hoe hun hersenen veranderen na het verlies van een arm. Het zien van de hersenen op dit niveau van details heeft voor het eerst onthuld dat de hersenen van de geamputeerden een ongelooflijk gedetailleerde kaart van de ontbrekende hand en individuele vingers behouden. Het bestaan ​​van deze gedetailleerde handkaart in de hersenen - decennia na amputatie - zou deel kunnen uitmaken van de verklaring van het fantoomlid-fenomeen.

Zintuiglijke deprivatie, bijvoorbeeld bij mensen die blindheid, doofheid of amputatie ervaren, is lange tijd een vruchtbare weg geweest voor wetenschappers die de plasticiteit van de hersenen bestuderen. Hoofdonderzoeker Sanne Kikkert, met haar collega's van de Hand en Brain Lab onder leiding van universitair hoofddocent Tamar Makin, profiteerde van één aspect van het fantoomlid fenomeen waar geamputeerden niet alleen de aanwezigheid van of sensatie in de ontbrekende ledematen kunnen voelen, maar ook volatiel hun fantoomhand kunnen "controleren". Door individuen te vragen hun fantoomvingers individueel te bewegen terwijl hun hersens worden gescand, kan de weergave van de fantoomhand in de hersenen in detail in kaart worden gebracht.

Eerder onderzoek heeft dat aangetoond het verplaatsen van de fantoomhand creëert activiteit in de hersenen van geamputeerden, maar tot nu toe was het moeilijk om te zeggen wat deze activiteit echt vertegenwoordigt. Het is bijvoorbeeld moeilijk te bewijzen dat de hersenactiviteit aangeeft dat er een kaart van de ontbrekende hand bestaat, in tegenstelling tot een of andere abnormale activiteit als gevolg van de amputatie.

Kikkert's onderzoek toont aan dat fantoomhand-activiteitspatronen belangrijke kenmerken van "normale" handrepresentatie bevatten, bijvoorbeeld de ruimtelijke lay-out van de vingers ten opzichte van elkaar. In feite kon het team aantonen dat de handkaarten van de fantoomhanden goed binnen het bereik lagen van die gevonden in een controlemonster van deelnemers met twee handen. Gezien het feit dat de gesamplede geamputeerden jaren eerder hun handen verloren tussen 25 en 31, is dit vrij ongelooflijk.

Hersenen imaging onthult gedetailleerde kaarten van de individuele vingers van de hand in geamputeerden (onderkant) die opzienbarend vergelijkbaar zijn vergeleken met de handkaarten van de tweehandige controle deelnemers (boven). Auteur verstrektIn hun krant, gepubliceerd in het tijdschrift eLife, de onderzoekers waren ook in staat om enkele andere, meer triviale verklaringen voor hersenschim-activiteit te weerleggen. Ze toonden aan dat de activering van de fantoomhand niet het gevolg is van de activering van spieren of zenuwen in de rest van de ledematen van de geamputeerden. De handkaarten bleven bijvoorbeeld hetzelfde bij geamputeerden die deze spieren misten (vanwege amputatie boven de elleboog) of die helemaal geen invoer naar de ledemaat konden sturen of ontvangen (vanwege zenuwbeschadiging). Het blijft echter een mysterie of de behouden handkaart van de hersenen de fantoompijn gewaarwordingen veroorzaakt, of dat de sensaties zelf de handkaart in de hersenen behouden.

Hoe de geest het lichaam ziet

Deze bevindingen zijn dubbel spannend omdat ze in contrast staan ​​met de traditionele wijsheid over hoe het sensorische lichaamskaart in de hersenen wordt gegenereerd en onderhouden. Deze sensorische kaart staat bekend als de somatosensorische homunculus (van het Grieks voor 'kleine man'), en het heeft wetenschappers al lang gefascineerd vanwege de goed georganiseerde structuur. Georganiseerd, in die zin dat de lichaamsdelen in de hersenen op dezelfde manier zijn uitgelegd als hoe ze zich op het lichaam bevinden:

Een diagram van de 'sensorische homunculus', die weergeeft hoe delen van het lichaam worden afgebeeld op de hersenen (weergegeven in doorsnede). OpenStax College / Rice University, CC BYMen gelooft al lang dat deze kaart een constante stroom van sensorische input van het lichaam nodig heeft om zijn organisatie te behouden. Dit idee werd ondersteund door aanzienlijk dieronderzoek waaruit bleek dat wanneer een ledemaat wordt geamputeerd, de lichaamsdelen in de buurt van dat ledemaat op de homunculus binnenvallen en het grondgebied van de ontbrekende ledematen overschrijden.

Een soortgelijke reorganisatie is gedocumenteerd in mensen. Een 2013 studies door Tamar Makin en collega's toonden aan dat na de amputatie de resterende hand het hersengebied van de ontbrekende hand kaapt. Hun onderzoek toonde ook aan dat deze overname gerelateerd was aan de manier waarop de deelnemers hun lichaam gebruiken: hoe meer geamputeerden hun overgebleven hand gebruikten om de dagelijkse activiteiten te voltooien, hoe meer die hand de hersenbronnen van de ontbrekende hand opnam, waarschijnlijk om overmatig gebruik te ondersteunen. de intacte hand.

Kikkert vond een soortgelijke reorganisatie in haar groep geamputeerden in het ontbrekende handgebied van de hersenen, evenals de gedetailleerde handkaarten. Dit betekent dat na amputatie niet alleen de oorspronkelijke functionaliteit van dit hersengebied wordt gehandhaafd, maar het lijkt te worden gehandhaafd ondanks de reorganisatie die ook plaatsvindt - een feit dat nog niet eerder is erkend.

Dit zou kunnen worden gebruikt in een verbazingwekkende technologie die is ontwikkeld voor geamputeerden en gehandicapte personen: "neuroprothetiek" verwijst naar kunstmatige ledematen die rechtstreeks door de hersenen worden bestuurd, meestal via elektroden geïmplanteerd in de cortex. De handkaarten die na amputatie in de hersenen worden bewaard, kunnen worden gebruikt om individuele vingerbewegingen voor deze hersenmachineinterfaces mogelijk te maken.

Zoals het team meldt, "heropenen hun bevindingen" de vraag wat er met een corticale territorium gebeurt zodra de belangrijkste inputs worden verwijderd - en bieden nieuwe mogelijkheden voor diepere verklaringen van de homunculus in ons allemaal.

Over de auteur

Harriet Dempsey-Jones, onderzoeker in klinische neurowetenschappen, Universiteit van Oxford

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

at InnerSelf Market en Amazon