Wie sich das Gehirn an amputierte Gliedmaßen erinnert und sie weiterhin kontrolliert

Wie sich das Gehirn an amputierte Gliedmaßen erinnert und sie weiterhin kontrolliert
Die neue Forschung könnte helfen, Roboterarme zu entwickeln. UfaBizPhoto / Shutterstock

Die meisten Menschen, die ein Glied verloren haben fühle immer noch seine Präsenz Jahrzehnte später. Dieses als "Phantomglied" bezeichnete Phänomen ist seit langem ein Rätsel. Mit dem neuen Gehirnscannen mit ultrahoher Auflösung können wir nun die Gehirne der Amputierten nach versteckten Hinweisen durchsuchen. Wir haben kürzlich drei auffällige Fälle von Amputierten mit gezeigt unglaublich detaillierte Karten alle fünf fehlenden Finger im Gehirn.

Aber warum bestehen diese Karten trotz Jahrzehnten ohne Eingriffe aus dem fehlenden Glied? In einer neuen Studie veröffentlicht in der Zeitschrift eLifeWir haben jetzt gezeigt, dass die Menge, die eine Person absichtlich "bewegen" kann, ihre Phantomglieder entscheidend ist, um festzustellen, wie ähnlich die Karte der fehlenden Hand ihres Gehirns denen ist, die zwei Hände haben. Unsere Studie zeigt, dass Phantomgliedmaßen nicht nur eine interessante Kuriosität sind, sondern auch ein Phänomen, das genutzt werden kann, um zuvor unbeantwortete Fragen über das Gehirn zu stellen.

Wenn eine Person das Pech hat, einen Arm zu verlieren, wird sich vieles ändern. Wie ziehst du Socken an? Oder eine Trinkflasche öffnen? Was für eine Person weniger wichtig ist (verzeihen Sie das Wortspiel), ist, wie ein Armverlust sein Gehirn verändern kann.

Es gibt eine Auswahl an Gehirnimmobilien, die einst die Bewegung und das Gefühl des verlorenen Gliedes kontrollierten. Also, was machen diese Gehirnhälften bis jetzt? Dies kann eine überraschend schwierige Frage sein. Normalerweise, um den „Arm“ -Bereich des Gehirns zu erforschen - zum Beispiel mit Bildgebung des Gehirns - würden wir das tun berühren oder bewegen Sie den Arm. Wenn dieser Arm fehlt, ist dies ein Problem.

In jahrzehntelang meist tierischen Forschungen berührten und bewegten Forscher stattdessen die verbleibenden Körperteile, um zu sehen, ob etwas in diese fehlende Handzone eindringt. Dies hat uns gezeigt, dass, wenn zum Beispiel ein Affe einen Mittelfinger verliert, der Gehirnbereich (der einst den Mittelfinger kontrollierte) übernommen wird fast sofort von dem benachbarte Zeige- und Ringfinger. Es ist eine Invasion des Territoriums, ähnlich wie ein körperliches Risikospiel.

Diese Forschung zeichnete ein Bild, auf dem alte Körperkarten weggewischt zu werden scheinen und der wertvolle Hirnraum neu verteilt wurde, um die verbleibenden Gliedmaßen zu unterstützen. Dies stellt sich jedoch als weit von der ganzen Geschichte entfernt heraus.

Phantomunterricht

Da es Tieren schwer fällt, uns mitzuteilen, was sie fühlen, haben wir nur durch menschliche Forschung - viel davon in letzter Zeit - über die Phantome verlorener Körperteile erfahren verfolgen die Gehirne der Amputiertenund die überraschenden Erkenntnisse, die sie der Wissenschaft vermitteln.


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Wie sich das Gehirn an amputierte Gliedmaßen erinnert und sie weiterhin kontrolliertBrain Imaging zeigt detaillierte Karten der einzelnen Finger der Hand bei Amputierten (unten), die im Vergleich zu den Handkarten der Zweihand-Kontrollteilnehmer (oben) erstaunlich ähnlich sind. Autor zur Verfügung gestellt

Viele Menschen wissen nicht, dass Amputierte ihre Phantomgliedmaßen nicht nur spüren können - die meisten auch gute Kontrolle über ihre Bewegung. Wir haben zuvor gezeigt, dass Amputierte gebeten werden, ihre Phantomfinger im Scanner zu bewegen führt zu schönen Karten der einzelnen (fehlenden) Finger (siehe Abbildung oben). Die Amputierten in dieser Studie wurden jedoch speziell ausgewählt, weil sie sehr lebhafte Phantome hatten. Dies führt uns zu der Frage, ob es diese Phantomempfindungen sind, die das fehlende Glied im Gehirn am Leben halten?

Um dies zu beantworten, wir vor kurzem scannte eine große Gruppe von Amputierten mit unterschiedlichem Phantomgefühl, Phantombewegung und Phantomschmerz. Wir fanden heraus, dass das Ausmaß, in dem eine Person ihre Phantomfinger bewegen konnte, der beste Indikator dafür ist, wie ähnlich eine Karte mit zwei Händen ihre Karte war.

Überraschenderweise war die Phantombewegung für die Vorhersage der Organisation dieser Handkarten wichtiger als die einfache Lebhaftigkeit der Phantomempfindungen - wie sehr sie ihre fehlenden Finger fühlen konnten. Wir waren auch überrascht zu erfahren, dass diese fehlenden Karten auch bei Menschen bleiben, die wenig oder gar keine Phantomempfindungen haben, was darauf hindeutet, dass diese Karten nach ihrer Bildung unglaublich stabil sind.

Schließlich wollten wir wissen, was im fehlenden Armbereich von Menschen ohne Gliedmaßen vorgeht (angeborene One-Hander). Hier hatten wir jedoch ein Problem: Menschen ohne Gliedmaßen Erlebe normalerweise keine Phantomempfindungen (obwohl das ist ein bisschen streitsüchtig). Dies bedeutete, dass wir diese Teilnehmer nicht wie bei den Amputierten darum bitten konnten, ihr Phantom im Scanner zu verschieben.

Kongenitale Einhandler aufzufordern, sich vorzustellen, ihren verschollenen Arm im Scanner zu bewegen, erzeugte sehr wenig handliche Aktivität (von denen wir denken, dass die meisten davon möglich sind) in Bezug auf visuelle Aspekte unserer Aufgabe). Um tiefer zu schauen, brauchten wir eine neue Taktik.

Wenn Sie Ihre rechte Hand bewegen, wird die Karte der rechten Hand auf der linken Seite (gegenüberliegend) Ihres Gehirns aktiviert. Das Bewegen der rechten Hand bewirkt jedoch auch Aktivitätsänderungen, durch die wir das sehen können Karte der beweglichen linken Hand auf der anderen Seite des Gehirns.

Indem wir unsere einhändigen Teilnehmer dazu bringen, ihre intakte Hand zu bewegen, könnten wir einen indirekten Blick auf die fehlende Handkarte machen. Als Amputierte und Zweihänder ihre intakte Hand bewegten, sahen wir eine sehr normal aussehende Handkarte auf der fehlenden Handseite. Teilnehmer, die ohne Hand geboren wurden, zeigten keine solche Aktivität, was uns neues Vertrauen gibt. Es gibt wirklich wenig bis keine Handkarte.

Phantomgliedmaßen erregen unsere Aufmerksamkeit, weil sie faszinierend und bizarr sind. Ihr wissenschaftlicher Wert wird jedoch immer deutlicher. Unsere Forschung wirft die Frage auf, ob Menschen möglicherweise ihre Phantomhand explizit trainieren können, um ihre Fingerkarten in einen normaleren Zustand zu bringen. Dies mag sinnlos erscheinen, aber Wissenschaftler der Pitt University in den USA implantieren derzeit Elektroden in die fehlenden Fingerkarten gelähmter Patienten und lassen dies zu einzelne Finger einer Roboterhand steuern und fühlen. Es könnte bald Zeit für das Phantom-Handtraining sein.Das Gespräch

Über den Autor

Harriet Dempsey-Jones, Postdoktorandin in Kognitiven Neurowissenschaften, UCL

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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