Perché il cervello non può dimenticare gli arti amputati

Perché il cervello non può dimenticare gli arti amputati

Gli amputati spesso riferiscono il fenomeno degli "arti fantasma", dove possono ancora percepire la presenza di dita, mani, braccia, piedi o gambe mancanti, e persino sentire dolore dove una volta erano le parti amputate. Finora, la scienza non ha avuto alcuna spiegazione per questo fenomeno.

Ora, usando l'imaging ad altissima risoluzione, i ricercatori dell'Università di Oxford sono stati in grado di esaminare il cervello degli amputati per vedere come il loro cervello cambia dopo la perdita di un braccio. Vedere il cervello a questo livello di dettaglio ha rivelato per la prima volta che il cervello degli amputati conserva una mappa incredibilmente dettagliata della mano mancante e delle singole dita. L'esistenza di questa mappa dettagliata delle mani nel cervello - decenni dopo l'amputazione - potrebbe essere parte della spiegazione del fenomeno degli arti fantasma.

La deprivazione sensoriale, ad esempio nelle persone che soffrono di cecità, sordità o amputazione, è stata a lungo una strada fruttuosa per gli scienziati che studiano la plasticità cerebrale. Piombo ricercatore Sanne Kikkert, con i suoi colleghi dal Lab e mano lab guidato dal professore associato Tamar Makin, ha approfittato di un aspetto del fenomeno degli arti fantasma in cui gli amputati non solo sono in grado di sentire la presenza o la sensazione nell'arto mancante, ma possono anche "controllare" volontariamente la loro mano fantasma. Chiedendo alle persone di muovere individualmente le dita fantasma mentre hanno il cervello in scansione, la rappresentazione della mano fantasma nel cervello può essere mappata in dettaglio.

Ricerche precedenti hanno dimostrato che muovere la mano fantasma crea attività nel cervello degli amputati, ma fino ad ora è stato difficile dire cosa rappresenta veramente questa attività. È difficile dimostrare, ad esempio, che l'attività cerebrale indica l'esistenza di una mappa della mano mancante, al contrario di alcune attività anormali dovute all'amputazione.

Lo studio di Kikkert mostra che i modelli di attività della mano fantasma contengono importanti segni distintivi della rappresentazione della mano "normale", ad esempio la disposizione spaziale delle dita in relazione tra loro. In effetti, il team è stato in grado di dimostrare che le mappe delle mani fantasma erano ben all'interno della gamma di quelle trovate in un campione di controllo di partecipanti a due mani. Considerando che gli amputati campionati hanno perso le mani tra 25 e 31 anni prima, questo è abbastanza incredibile.

L'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 fornitoL'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 fornitoNel loro articolo, pubblicato sulla rivista eLife, i ricercatori erano anche in grado di confutare alcune altre, più banali spiegazioni per l'attività del cervello fantasma. Hanno mostrato che l'attivazione della mano fantasma non deriva semplicemente dall'attivazione di muscoli o nervi nell'arto rimanente degli amputati. Ad esempio, le mappe delle mani sono rimaste le stesse negli amputati a cui mancavano questi muscoli (a causa di un'amputazione sopra il gomito) o che non potevano inviare o ricevere input per l'arto (a causa di danni ai nervi). Tuttavia, rimane ancora un mistero se la mappa della mano preservata del cervello causi le sensazioni degli arti fantasma, o se le sensazioni stesse conservino la mappa della mano nel cervello.

Come la mente vede il corpo

Queste scoperte sono doppiamente eccitanti perché contrastano con la saggezza tradizionale su come viene generata e mantenuta la mappa sensoriale del corpo nel cervello. Questa mappa sensoriale è conosciuta come la omuncolo somatosensoriale (dal greco "piccolo uomo"), e da molto tempo ha affascinato gli scienziati grazie alla sua struttura altamente organizzata. Organizzato, in quanto le parti del corpo sono disposte nel cervello in modo molto simile a come sono sul corpo:

Un diagramma dell '"homunculus sensoriale", che descrive come le parti del corpo sono mappate al cervello (mostrato nella sezione trasversale). OpenStax College / Rice University, CC BYUn diagramma dell '"homunculus sensoriale", che descrive come le parti del corpo sono mappate al cervello (mostrato nella sezione trasversale). OpenStax College / Rice University, CC BYDa tempo si ritiene che questa mappa abbia bisogno di un flusso costante di input sensoriali dal corpo per mantenere la sua organizzazione. Questa idea è stata supportata da una considerevole ricerca sugli animali che mostra che quando un arto viene amputato, le aree del corpo vicine a quell'arto sull'omuncolo invadere e sovrascrivere il territorio dell'arto mancante.

Una simile riorganizzazione è stata documentata negli umani. Un 2013 studio da Tamar Makin e colleghi hanno dimostrato che dopo l'amputazione la mano rimanente dirotta il territorio cerebrale della mano mancante. Il loro studio mostrava anche che questa acquisizione era correlata al modo in cui i partecipanti usavano il proprio corpo: più amputati utilizzavano la mano rimanente per completare le attività quotidiane, più la mano prendeva le risorse cerebrali della mano mancante, probabilmente per supportare l'uso eccessivo di la mano intatta.

Kikkert ha trovato una riorganizzazione simile nel suo gruppo di amputati nell'area della mano mancante del cervello, così come le mappe dettagliate delle mani. Ciò significa che dopo l'amputazione non solo viene mantenuta la funzionalità originale di questa area cerebrale, ma sembra essere mantenuta nonostante la riorganizzazione che si verifica anche - un fatto che non è stato precedentemente riconosciuto.


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Questo potrebbe essere usato in una tecnologia piuttosto sorprendente sviluppata per amputati e disabili: "neuroprosthetics" si riferisce a arti artificiali che sono controllati direttamente dal cervellodi solito attraverso elettrodi impiantati nella corteccia. Le mappe delle mani conservate nel cervello dopo l'amputazione potrebbero essere sfruttate per consentire il movimento individuale delle dita per queste interfacce cervello-macchina.

Come riportato dal team, le loro scoperte "riaprono la domanda su cosa succede in un territorio corticale una volta che i suoi input principali vengono rimossi" - e pongono nuove possibilità per spiegazioni più approfondite dell'omuncolo dentro di noi.

Circa l'autore

The ConversationHarriet Dempsey-Jones, ricercatrice in neuroscienze cliniche, Università di Oxford

Questo articolo è stato pubblicato in origine The Conversation. Leggi il articolo originale.

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