Работа, опубликованная в журнале Nature Neuroscience, показала, что даже через пять лет после ампутации участки мозга, отвечавшие за утраченную руку, продолжали активизироваться точно так же, как до операции. Когда пациенты воображали движения «фантомными пальцами», соответствующие области коры реагировали так же, как при реальных движениях до ампутации.
Мозг сохраняет «карту тела» неизменной даже после ампутации
Ученые из Кембриджского университета и Питтсбургского университета опровергли фундаментальное представление о пластичности мозга. Пятилетнее исследование людей с ампутированной рукой показало, что карта тела в первичной соматосенсорной коре остается неизменной даже спустя годы после потери конечности.
Карта тела, созданная мозгом в первичной соматосенсорной коре, остается неизменной после ампутации. Zephyr/Science Photo Library
Долгое время нейробиологи считали, что после ампутации нейроны в первичной соматосенсорной коре, отвечающие за утраченную конечность, перестраиваются и начинают обслуживать соседние области тела. Эта теория была основой для понимания нейропластичности и входила во все учебники по нейронаукам. Оказалось, это просто не так.
«Практически каждый нейробиолог изучал по учебникам, что мозг способен к реорганизации, и это демонстрировалось через исследования ампутантов», — говорит ведущий автор исследования Тамар Макин. — «Но учебники могут ошибаться. Мы не должны принимать что-либо как данность, когда речь идет об исследованиях мозга».
Удивительная стабильность карты тела
Исследование участников с запланированной ампутацией руки. a, Схема эксперимента. Сканирование до и после ампутации проводилось в 4-5 временных точках: дважды до, а также через 3 месяца, 6 месяцев и 1,5 (P1)/5 лет (P2) после ампутации. b, Иллюстрация с изображением трех участников через 6 месяцев после ампутации, включая их субъективное описание положения фантомной конечности. c, Фантомные движения не являются воображаемыми. Карта контраста одномерной активности (z-scored), отображающая попытки участника открыть и закрыть фантомную руку по сравнению с воображаемыми движениями, через 6 месяцев после ампутации. d, Карты активации коры головного мозга участников (красный) и губ (синий) (контраст по сравнению с движениями ног) в полушарии пораженной руки в течение 4-5 сессий. Все карты были минимально пороговыми при 33 % максимальной z-статистики и использовали общую цветовую шкалу (максимальная z-статистика участника> 4,5). Участники давали согласие на воспроизведение своего изображения.
Исследование не обнаружило доказательств того, что область коры, связанная с губами сместилась в область руки после ампутации, как предполагали предыдущие работы. Карта тела в мозге оказалась удивительно стабильной структурой, сохраняющей свою организацию даже после кардинальных изменений в теле.
Открытие имеет важные практические последствия. Оно объясняет, почему многие методы лечения фантомных болей, направленные на восстановление якобы изменившихся мозговых карт, показывали ограниченную эффективность. Возможно, они пытались добиться того, что уже есть и получали неоднозначные результаты.
Одним из направлений, которому поможет новое исследование, является нейропротезирование.
Работа открывает новые перспективы для разработки протезов, управляемых интерфейсами мозг-компьютер, и методов восстановления чувствительности у людей с ампутациями. Понимание истинной природы мозговых карт также поможет создать более эффективные технологии реабилитации.