Их исследование, опубликованное в eLife, выявило подробную информацию о руке в мозге людей с ампутированными конечностями по сравнению с людьми, родившимися с отсутствующей рукой. Исследование может проложить путь к развитию нейропротезирования следующего поколения – протезов конечностей, которые подключаются к центру управления головным мозгом.
Результаты основаны на предыдущей работе команды, в которой они использовали сверхмощный МРТ-сканер, чтобы изучить мозговую активность двух человек, потерявших левую руку в результате ампутации два-три десятилетия назад. Хотя активность мозга, связанная с пальцами левой руки, была меньше, они обнаружили, что определенные паттерны, составляющие композицию изображения руки в мозгу, хорошо соответствовали паттернам двуручных людей.
«Наши предыдущие результаты продемонстрировали стабильность изображения руки в коре головного мозга, несмотря на десятилетия ампутации», – объясняет ведущий автор Даан Весселинк, аспирант Оксфордского университета и Института когнитивной нейробиологии Калифорнийского университета в Великобритании. "Однако мы не знали, отражает ли это изображение руки в мозгу фантомные ощущения и поэтому сохраняется только у тех немногих людей, которые испытывают яркие ощущения."
Чтобы ответить на этот вопрос, они использовали методику декодирования мозга, основанную на паттернах мозговой активности 18 человек с ампутированными конечностями, которые потеряли руку в результате ампутации в среднем 18 лет назад и испытали различную яркость фантомных ощущений.
Команда также изучила, требуется ли для развития нейронных отпечатков пальцев некоторый предшествующий опыт владения рукой, изучив 13 человек, у которых с рождения отсутствовала одна рука. Они попросили обе группы «пошевелить» пальцами своих отсутствующих и неповрежденных рук, находясь в МРТ-сканере, и сравнили результаты с двумя участниками.
Они обнаружили, что мозговая активность людей с ампутированными конечностями, у которых было сильнейшее ощущение возможности двигать каждым из своих фантомных пальцев, сохраняла четкую информацию об их отсутствующей руке в их мозгу. Но даже у тех, кто едва испытывает фантомные ощущения рук, та же информация сохраняется в их мозгу, что было удивительно, потому что эти инвалиды не испытывали в повседневной жизни опыта, что их мозг удерживал эту информацию об их бывшей конечности.
Напротив, группа, рожденная с одной рукой, показала некоторую мозговую активность во время фантомного движения конечностью, но не имела того же нейронного отпечатка пальца, предназначенного для их отсутствующей руки.
Это говорит о том, что для этой группы может быть сложнее разработать нейропротезы или выполнить пересадку рук.
«Мы показали, что после того, как« картина »руки в головном мозге сформирована, она вряд ли изменится, несмотря на годы ампутации и независимо от яркости фантомных ощущений», – заключает старший автор Тамар Макин, доцент и сэр Генри. Дейл, научный сотрудник Института когнитивной неврологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Наша работа предполагает, что повседневный жизненный опыт может формировать тонкие аспекты представления руки, но что крупномасштабная функциональная организация области руки является фундаментально стабильной."