Come il cervello ricorda gli arti amputati e continua a controllarli

Come il cervello ricorda gli arti amputati e continua a controllarli
La nuova ricerca può aiutare a sviluppare le braccia robotiche. UfaBizPhoto / Shutterstock

La maggior parte delle persone che hanno perso un arto sento ancora la sua presenza decenni più tardi. Questo fenomeno, soprannominato "arto fantasma", è stato a lungo un mistero. Ma con la nuova scansione cerebrale ad altissima risoluzione, siamo ora in grado di guardare dentro il cervello degli amputati per indizi precedentemente nascosti. Di recente abbiamo mostrato tre casi eclatanti di amputati con mappe incredibilmente dettagliate che rappresentano tutte e cinque le dita mancanti nel loro cervello.

Ma perché queste mappe persistono, nonostante decenni senza alcun input dall'arto mancante? In un nuovo studio, pubblicato sulla rivista eLife, abbiamo ora rivelato che l'importo che una persona può "spostare" intenzionalmente il suo arto fantasma è fondamentale nel determinare quanto la mappa della mano mancante del loro cervello sia simile a quella di chi ha due mani. Il nostro studio mostra che gli arti fantasma non sono solo una stranezza interessante, ma un fenomeno che può essere imbrigliato per porre domande inedite sul cervello.

Se una persona è abbastanza sfortunata da perdere un braccio, molto cambierà. Come si mettono i calzini? O aprire una bottiglia di bevanda? Quello che potrebbe essere meno nella mente di una persona (scusate il gioco di parole) è come perdere un braccio può cambiare il loro cervello.

C'è una scelta di proprietà del cervello che un tempo controllava il movimento e la sensazione dell'arto perso. Allora, quali sono quei frammenti di cervello che si stanno alzando? Questa può essere una domanda sorprendentemente difficile a cui rispondere. Normalmente per esplorare l'area del "braccio" del cervello - con l'imaging del cervello, ad esempio - lo faremmo tocca o sposta quel braccio. Se manca quel braccio, questo pone un problema.

Attraverso decenni di ricerche per lo più su animali, i ricercatori hanno invece toccato e spostato le restanti parti del corpo per vedere se qualcosa sembra invadere questa zona della mano mancante. Questo ci ha mostrato che se, per esempio, una scimmia perde un dito medio, l'area del cervello (che una volta controllava il medio) viene rilevata quasi all'istante dal indice e anulare vicini. È un'invasione di territorio molto simile a un gioco corporeo di rischio.

Questa ricerca ha dipinto un quadro in cui vecchie mappe del corpo sembrano essere spazzate via e il prezioso spazio del cervello ridistribuito per supportare le membra che rimangono. Ma questo risulta essere lontano dall'intera storia.

Lezioni fantasma

Poiché gli animali hanno difficoltà a dirci cosa stanno provando, è solo attraverso la ricerca umana - molto recente - che abbiamo scoperto i fantasmi di parti del corpo perdute che perseguitare il cervello di amputatie le intuizioni sorprendenti che forniscono alla scienza.

Come il cervello ricorda gli arti amputati e continua a controllarliL'imaging cerebrale rivela mappe dettagliate delle singole dita della mano negli ampli (in basso) che sono sorprendenti in confronto alle mappe manuali dei partecipanti al controllo a due mani (in alto). Autore previsto

Molte persone non si rendono conto che gli amputati non solo riescono a percepire le loro membra fantasma, anche la maggior parte buon controllo sul loro movimento. In precedenza abbiamo dimostrato che chiedere agli amputati di muovere le dita fantasma nello scanner risultati in bellissime mappe delle dita (mancanti) individuali (vedi immagine sopra). Gli amputati in quello studio, tuttavia, furono selezionati appositamente perché avevano fantasmi molto vividi. Questo ci ha portato a chiederci, sono queste sensazioni fantasma che mantengono vivo l'arto mancante nel cervello?

Per rispondere a questo, noi di recente scansionato un grande gruppo di amputati con diversi livelli di sensazione fantasma, movimento fantasma e dolore fantasma. Abbiamo scoperto che la misura in cui una persona poteva muovere le dita fantasma era il miglior indicatore di quanto la mappa di una persona a due mani fosse uguale a quella di una persona a due mani.

Sorprendentemente, il movimento fantasma era più importante nel predire l'organizzazione di queste mappe a mano che la semplice vividezza delle sensazioni fantasma - quanto potevano sentire le loro dita mancanti. Siamo anche stati sorpresi di scoprire che queste mappe delle mani mancanti rimangono anche nelle persone che hanno sensazioni fantasma minime o inesistenti, a indicare che queste mappe sono incredibilmente stabili una volta che si sono formate.

Infine, volevamo sapere cosa sta succedendo nella zona del braccio mancante di persone nate senza arto (con una sola mano congenita). Qui, tuttavia, abbiamo avuto un problema: le persone nate senza arti in genere non sperimentare sensazioni fantasma (anche se questo è un po 'controverso). Ciò significava che non potevamo chiedere a questi partecipanti di spostare il loro fantoccio nello scanner, come abbiamo fatto con gli amputati.

Chiedere a una persona congenita di immaginare di spostare il braccio mancante nello scanner ha prodotto pochissima attività simile a una mano (la maggior parte delle quali pensiamo possa essere legati agli aspetti visivi del nostro compito). Ma per guardare più a fondo, avevamo bisogno di una nuova tattica.

Quando muovi la mano destra, attiva la mappa della mano destra nella parte sinistra (opposta) del tuo cervello. Tuttavia, spostare la mano destra causa anche cambiamenti di attività che ci permettono di vedere il mappa della mano sinistra immobile dall'altra parte del cervello.

Quindi, facendo in modo che i nostri partecipanti con una sola mano muovessero la loro mano intatta, potremmo catturare uno sguardo indiretto sulla mappa della mano mancante. Quando amputati e due mani hanno spostato la loro mano intatta, abbiamo visto una mappa delle mani dall'aspetto molto normale sul lato della mano mancante. I partecipanti nati senza una mano non hanno mostrato alcuna attività del genere, dandoci nuova fiducia, in realtà non esiste affatto una mappa a mani nude.

Le membra fantasma catturano la nostra attenzione perché sono affascinanti e bizzarre. Ma il loro valore scientifico sta diventando sempre più chiaro. La nostra ricerca solleva la questione se le persone potrebbero essere in grado di addestrare esplicitamente la loro mano fantasma per ripristinare le loro mappe delle dita in uno stato più normale. Questo può sembrare inutile, ma gli scienziati della Pitt University negli Stati Uniti stanno attualmente impiantando elettrodi nelle mappe delle dita mancanti dei pazienti paralizzati, permettendo loro di controllare e sentire le dita individuali di una mano robotica. Potrebbe essere presto il momento per l'allenamento della mano fantasma.The Conversation

Circa l'autore

Harriet Dempsey-Jones, ricercatore postdottorato in neuroscienze cognitive, UCL

Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.

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