大腦如何記住截肢並繼續控制它們

大腦如何記住截肢並繼續控制它們
新的研究可能有助於開發機器人手臂。 UfaBizPhoto /存在Shutterstock

大多數失去了肢體的人 還是覺得它的存在 幾十年後。 這種被稱為“幻肢”的現象長期以來一直是個謎。 但是,通過新的超高分辨率腦部掃描,我們現在可以查看被截肢者的大腦內部以獲取先前隱藏的線索。 我們最近展示了三個驚人的截肢患者 非常詳細的地圖代表 他們大腦中五個缺失的手指。

但是,為什麼這些地圖仍然存在,儘管幾十年沒有任何來自失踪肢體的輸入? 在一項新研究中, 發表在eLife雜誌上,我們現在已經透露,一個人可以有目的地“移動”他們的幻肢,這對於確定他們的大腦丟失的手部地圖與有兩隻手的人有多相似是至關重要的。 我們的研究表明,幻肢不僅僅是一個有趣的怪,而是一種可以利用以前未解答的大腦問題的現象。

如果一個人不幸失去一隻手臂,那麼很多事情都會發生變化。 你怎麼穿襪子? 還是打開一個飲料瓶? 對一個人的想法可能更少(赦免雙關語)是失去一隻手臂可能會改變他們的大腦。

有一些選擇腦部房地產,曾經控制失去肢體的運動和感覺。 那麼,那些大腦現在到底是什麼? 這可能是一個令人難以置信的難以回答的問題。 通常情況下,探索大腦的“手臂”區域 - 例如腦部成像 - 我們會這樣做 觸摸或移動那個手臂。 如果缺少該手臂,則會出現問題。

經過幾十年的大多數動物研究,研究人員已經觸摸並移動身體的其餘部分,看看是否有任何東西似乎正在侵入這個缺失的手部區域。 這告訴我們,例如,如果猴子失去了中指,那麼大腦區域(曾經控製過中指)被接管 幾乎是瞬間相鄰指數和無名指。 這是一個領土入侵,就像一個風險的身體遊戲。

這項研究描繪了一張圖片,其中舊的身體貼圖似乎被擦除,寶貴的大腦空間被重新分配以支持剩餘的肢體。 但事實證明這遠非整個故事。

幻影課程

由於動物很難告訴我們他們的感受,只有通過人類研究 - 最近的大部分 - 我們才發現了丟失的身體部位的幽靈。 困擾截肢者的大腦,以及他們為科學提供的驚人見解。

大腦如何記住截肢並繼續控制它們腦成像揭示了截肢者(下圖)中手的各個手指的詳細地圖,與雙手控制參與者的手繪圖(上圖)相比,其驚人的相似。 作者提供

很多人都沒有意識到截肢者不僅能感覺到他們的幻肢 - 大多數人都有 很好地控制他們的運動。 我們之前表明要求被截肢者將他們的幻影手指移動到掃描儀中 導緻美麗的地圖 個別(缺失)手指(見上圖)。 然而,該研究中的截肢者是專門選擇的,因為他們有非常生動的幻影。 這讓我們想知道,這些幻影感覺能夠讓失去的肢體在大腦中活著嗎?

要回答這個問題, 我們最近 掃描了一大群截肢者,他們有不同程度的幻象感,幻象運動和幻影疼痛。 我們發現,一個人可以移動他們的幻影手指的程度是雙手人物他們的地圖有多相似的最佳指標。

令人驚訝的是,幻影運動在預測這些手繪圖的組織方面比幻象感覺的簡單生動更重要 - 他們能夠感受到多少手指缺失。 我們也驚訝地發現,這些丟失的手部地圖甚至保留在幾乎沒有幻影感覺的人身上,這表明這些地圖一旦形成就非常穩定。

最後,我們想知道在沒有肢體的人(先天性單手)下失踪的手臂區域發生了什麼。 然而,在這裡,我們遇到了一個問題:出生時沒有四肢的人 通常不會經歷幻影感受 (雖然這是 有點爭議)。 這意味著我們不能要求這些參與者將他們的幻像移動到掃描儀中,就像我們對截肢者所做的那樣。

要求先天性的單手操縱者想像在掃描儀中移動他們缺失的手臂會產生非常少的手狀活動(我們認為其中大部分都是 與視覺方面有關 我們的任務)。 但是為了更深入地看,我們需要一種新的策略。

當您移動右手時,這會激活右手自己在大腦左側(對側)的手部圖。 但是,移動右手也會導致活動變化,讓我們可以看到 不動的左手的地圖 在大腦的另一邊。

因此,通過讓我們的單手參與者移動完整的手,我們可以間接看到丟失的手繪圖。 當被截肢者和雙手移動完整的手時,我們在失踪的手側看到了一張看起來很正常的手繪圖。 沒有手的出生的參與者沒有表現出這樣的活動,給了我們新的信心,那裡根本沒有手繪圖。

幻影四肢吸引了我們的注意力,因為它們令人著迷和奇異。 但他們的科學價值也越來越明顯。 我們的研究提出了一個問題,即人們是否能夠明確地訓練他們的幻影手將他們的手指圖恢復到更正常的狀態。 這似乎毫無意義,但美國皮特大學的科學家們目前正在將電極植入缺失的癱瘓患者手指圖中,使他們能夠 控制和感受機器人手的個別手指。 可能很快就會進行幻影手鍛煉。談話

關於作者

Harriet Dempsey-Jones,認知神經科學博士後研究員, UCL

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

相關書籍

{amazonWS:searchindex =叢書;關鍵字=截肢者;的maxResults = 3}

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

關注InnerSelf

Facebook的圖標Twitter的圖標RSS圖標

通過電子郵件獲取最新信息

{emailcloak = OFF}