Study Of One-Handed People zeigt, wie das Gehirn sich nach dem Verlust eines Körperteils anpasst
Drummer Rick Allen hat die Amputation eines seiner Arme überwunden. Matt Becker / Wettermann / Wikipedia, CC BY-SA

Zu verstehen, wie das menschliche Gehirn funktioniert, ist eines der wichtigsten Ziele der Wissenschaft. Und einer der ersten Schritte, um seine Geheimnisse zu enthüllen, liegt darin, herauszufinden, wie das Gehirn tatsächlich organisiert ist. Unsere aktuelle Sichtweise geht zurück auf Pionierarbeit des Neurochirurgen Wilder Penfield in den 1940s, die die Verbindung zwischen der Gehirnorganisation und unserer Fähigkeit, unseren Körper zu betreiben, hergestellt haben.

Penfield stimulierte bestimmte Hirnareale seiner Patienten elektrisch und bemerkte, dass sie sich unwillkürlich bewegten oder Sensationen von bestimmten Teilen ihres Körpers als Antwort meldeten. Dies war die Grundlage für die Idee, dass das Gehirn eine Karte des Körpers enthält, in der verschiedene Regionen unterschiedliche Körperteile steuern. Aber jetzt, fast 80 Jahre später, schlägt eine neue Studie eine alternative Idee vor.

Es gibt viele Möglichkeiten, die Verbindung zwischen der Organisation des Gehirns und seiner Funktion zu untersuchen. Eine davon besteht darin, die Reaktion des Gehirns auf eine tiefgreifende körperliche Veränderung zu beobachten, wie zum Beispiel einen Körperteil zu verlieren oder ohne einen solchen geboren zu werden. Zum Beispiel, was passiert mit der Hirnregion, die die Hand kontrolliert, sobald die Hand nicht mehr existiert?

Als Wissenschaftler begannen, diese Frage zu untersuchen, beobachteten sie, dass der Gehirnbereich, der früher die Hand repräsentierte, "übernommen " durch die benachbarten Regionen im Gehirn. Auf diese Weise würde sich das Gehirn durch einen Kampf um das Gehirngebiet reorganisieren, mit dem gewinnende Nachbarregion, die das Gebiet für seinen eigenen funktionalen Zweck beansprucht.

In ähnlicher Weise wird der unbesetzte Kortex bei Menschen, die ohne eine Hand geboren wurden, bei der der sensorische Input nicht verloren gegangen ist, aber tatsächlich nie existiert hat, rekrutiert, um den restlichen Arm des Einhand-Menschen darzustellen. Diese zusätzlichen Gehirnressourcen wurden vorgeschlagen, um es Einhandlern zu ermöglichen, ihren Restarm zu verwenden, um die fehlende Handfunktion zu ersetzen.


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Allerdings ist die neue Studie von meinen Kollegen, in Current Biology veröffentlicht, schlägt ein händers eine Reihe von kreativen Strategien, komplexe Aufgaben des täglichen Lebens - mit Körperteilen, die von Gehirn Bereichen, die nirgends in der Nähe der fehlenden Hand Territorium kontrolliert werden (siehe Bild). Dies stellte sie in Frage, ob die Reorganisation des Gehirns wirklich durch Nachbarschaftsbeziehungen im Gehirn bestimmt wird.

Das Experiment

Die Wissenschaftler untersuchten 17-Leute, die mit nur einer Hand geboren wurden, und 24-Leute mit zwei Händen. Die Teilnehmer wurden gebeten, Aufgaben im Labor auszuführen, vom Einwickeln eines Geschenks bis zum Öffnen einer Flasche oder dem Falten von Wäsche. Diese scheinbar banalen Aufgaben erfordern tatsächlich eine immense Koordination zwischen unseren beiden Händen und stellen daher kontinuierliche Herausforderungen für Menschen dar, die nur eine Hand haben. Einhänder haben die Aufgaben erfolgreich abgeschlossen, indem sie ein vielfältiges Repertoire an Kompensationsstrategien verwendeten, das von der Verwendung ihrer Beine, Lippen, Prothesen oder des Restarms bis hin zur Ausführung der normalerweise zweihändigen Aufgaben reichte.

Da diese Handlungen Körperteile umfassten, die nicht alle von Bereichen kontrolliert werden, die nahe an denen liegen, die die fehlende Hand kontrollieren, wollten die Wissenschaftler wissen, was in den Gehirnen dieser bemerkenswerten Menschen geschieht. Sie baten die Teilnehmer, einfache Bewegungen mit diesen verschiedenen Körperteilen auszuführen und ihre Gehirnaktivität zu verfolgen.

Funktionelle MRT-Scans zeigten, dass die Repräsentationen verschiedener Körperteile, die die Handfunktion ersetzen, direkt auf den kortikalen Raum abgebildet wurden, der die Hand repräsentiert hätte. Mit anderen Worten, der Gehirnbereich, der die Hand repräsentiert hätte, wurde stattdessen verwendet, um die Lippen, Füße oder Arme zu stützen.

Obwohl diese Studie nicht die erste ist, die einen Körperteil zeigt, der in die Region des Hirnrindens eines anderen Körperteils eindringt, zeigt sie als erste mehrere Körperteile, die von derselben Hirnregion profitieren - unabhängig davon, ob diese Regionen nahe beieinander liegen andere im Gehirn.

Es scheint also, dass es viel mehr Flexibilität im Gehirn gibt, als wir bisher dachten, da der verfügbare Kortex den Körperteilen zugeordnet werden kann, die die Funktionalität der fehlenden Hand teilen.

Reorganisation oder Neuausrichtung?

Eine Möglichkeit, diese Ergebnisse in einen Zusammenhang zu bringen, besteht darin, zu fragen, was ist, wenn der Handbereich nicht den Handbereich an sich darstellt, sondern nur der Teil des Gehirns, der für die Funktion verantwortlich ist, die normalerweise von dieser Hand getragen wird?

Wenn diese Interpretation richtig ist, dann haben wir die Organisation des Gehirns so verstanden, dass sie eher auf Körperteilen als auf Körperfunktionen beruht. Obwohl es zu diesem Zeitpunkt spekulativ ist, ist es interessant zu glauben, dass wir so lange falsch liegen könnten.

So aufregend diese Ideen auch sind, wir müssen Vorsicht walten lassen und daran denken, dass dies im Moment noch eine funktionierende Theorie ist. Die Verknüpfung dieser Entdeckungsstränge hat jedoch wichtige Implikationen. Es wird uns nicht nur helfen, die Theorie der Gehirnorganisation neu zu schreiben, es wird uns darüber informieren, wie wir die Reorganisation des Gehirns nutzen können, um bessere Schnittstellen zwischen dem Gehirn und der unterstützenden und sogar augmentativen Technologie zu schaffen.

In der Tat, wenn das Gehirn das fehlende Handterritorium nutzen kann, um eine Vielzahl anderer Körperteile darzustellen, kann es auch dazu verwendet werden, künstliche Körperteile wie z ein prothetischer Arm?

Über den Autor

Rebecca Nutbrown, Doktorandin in Neurowissenschaft, UCL

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.


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