なぜ脳は切断された手足を忘れられないのか

: By ハリエットデンプシージョーンズ、オックスフォード大学

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なぜ脳は切断された四肢を忘れることができないのですか？

断裂傷者は、しばしば指の手、手、腕、足または脚の欠如の存在を感知することができる「幻肢」の現象を報告し、さらには以前に切断された部分が痛みを感じる。これまでのところ、科学はこの現象を説明していない。

オックスフォード大学の研究者らは超高分解能イメージングを使用して、肢体不自由者の脳を調べて、腕の喪失に伴う脳の変化の様子を確認することができました。この詳細レベルで脳を見ると、切断された人の脳は、失われた手と個々の指の信じられないほど詳細な地図を保持していることが初めて明らかになりました。切断後数十年の脳におけるこの詳細な手の地図の存在は、ファントム四肢現象の説明の一部となり得る。

例えば失明、難聴または切断を経験した人々のような感覚喪失は、脳の可塑性を研究する科学者にとって長い間実り多い道でした。リード研究者のSanne Kikkertは、同僚の手と脳の研究室准教授Tamar Makinが率いる、肢体不自由の1つの側面を利用しました。切断された手足の存在または感覚を感じるだけでなく、ファントムハンドを意欲的に「制御」することができます。脳をスキャンしながら個々のファントム指を動かすように個人に求めることにより、脳内のファントムハンドの表現を詳細にマッピングすることができる。

これまでの研究では、ファントムハンドを動かすことは、切断患者の脳内で活動を創出するしかし、今までは、この活動が本当に表すものを言うのは難しいです。例えば、切断に起因するいくつかの異常な活動とは対照的に、脳の活動が失われた手の地図の存在を示していることを証明することは困難です。

Kikkertの研究によると、ファントムの手の活動パターンには、「通常の」手の表現の重要な特徴、例えば互いに関連する指の空間的レイアウトが含まれていることが示されています。実際には、チームは両手の参加者のコントロールサンプルで見つかったものの範囲内にあるファントムの手のマップを実証することができました。サンプリングされた切断肢摘出犬が以前に25と31の間で手を失ったことを考えると、これはかなり信じられないほどです。

脳画像は、両手操作の参加者（上）の手の地図と似て驚くような肢切断者（下）の手の個々の指の詳細な地図を明らかにする。著者提供彼らの論文では、 eLifeジャーナルに掲載研究者らは、ファントムの脳活動に関する他の、より簡単な説明を反駁することもできました。彼らは、ファントムの手の活性化が、肢切断者の残りの肢の筋肉または神経の活性化から単に生じないことを示した。例えば、手の地図は、これらの筋肉を欠いている切断犬（肘より上の切断による）または手足への入力をまったく（神経損傷のために）受け取ることができなかった者と同じままであった。しかし、脳の保存された手の地図がファントム四肢の感覚を引き起こすか、または感覚そのものが脳内の手の地図を保存するかどうかは依然として謎のままである。

心がどのように体を見るか

これらの知見は、脳における感覚体地図がどのように生成され維持されるかに関する伝統的な知恵とは対照的であるため、二重に刺激的である。この知覚地図は、体性感覚ホムンクルス（「小さな男」のギリシャ語から）、そしてそれはその高度に組織された構造のために長い間科学者を魅了してきた。体の部分が体の上にどのように配置されているかと非常に似た方法で脳に配置されているという点で整理されています。

身体の部分がどのように脳にマッピングされているかを描写した「感覚ホムンクルス」の図（断面図）。 OpenStax College /ライス大学、CC BYこの地図は、その組織を維持するために身体からの感覚入力の絶え間ない流れが必要であると長い間信じられてきました。この考えは、四肢が切断されたとき、ホムンクルスのその四肢に近い身体の領域欠落している肢の領域を侵入して上書きする.

類似の再編成は、ヒトにおいても実証されている。 2013 研究 Tamar Makinらは、切断後に残った手が欠けた手の脳の領域を乗っ取ることを示した。彼らの研究では、このテイクオーバーは、参加者の身体の使用方法に関連していることも示されています。肢切断者が多いほど、手を使って日々の活動を完了させるほど、無傷の手。

Kikkertは、脳の不足している手の領域の矯正犬のグループと詳細な手の地図で同様の再編成を発見した。これは、切断後にこの脳領域の元の機能が維持されるだけでなく、以前に認識されていない事実である再編成にもかかわらず維持されているように見えることを意味します。

これは、切断人および身体障害者のために開発されたかなり驚くほどの技術で使用される可能性があります。「神経内科」とは、脳によって直接制御される人工四肢通常、皮質に植え込まれた電極を介して行われる。切断後の脳内に保存された手の地図は、これらの脳 - 機械インターフェースのための個々の指の動きを可能にするために利用される可能性がある。

チームの報告書によると、彼らの発見は、「主な入力が取り除かれると、皮質領域に何が起こるかの問題を再開する」 - 私たちの中のホームンクルスについてのより深い説明のための新たな可能性を提起する。