どのように脳は切断された四肢を覚えていてそれらを制御し続けます

どのように脳は切断された四肢を覚えていてそれらを制御し続けます
新しい研究はロボットアームの開発に役立つかもしれません。 UfaBizPhoto /シャッターストック

手足を失ったことがある人のほとんど まだその存在感を感じる 数十年後。 「幻肢」と呼ばれるこの現象は長い間謎でした。 しかし、新しい超高解像度の脳スキャンによって、私たちは今までに隠されていた手がかりを探している切断者の頭脳の中を見ることができます。 最近、3人の著しい切断者の症例を示しました。 非常に詳細な地図 彼らの脳の5本の行方不明の指すべて。

しかし、行方不明の肢からの入力がないまま何十年も経っても、なぜこれらのマップは存続するのでしょうか。 新しい研究では、 eLifeジャーナルに掲載我々は今、人が意図的に彼らの幻肢を「動かす」ことができる量が彼らの脳の欠けている手のハンドマップが両手を持っている人々にどれほど似ているかを決定することにおいて重要であることを明らかにしました。 我々の研究によると、幻肢は単なる興味深い奇妙なものではなく、以前には答えられていない脳についての質問をするのに利用できる現象です。

人が腕を失うのに十分なほど残念なことであれば、多くのことが変わります。 どのように靴下を履きますか? それとも飲み物の瓶を開けますか? 人の心にあまりかからないかもしれない(駄洒落を許しなさい)腕を失うことが彼らの脳をどのように変えるかもしれないかということです。

失われた四肢の動きと感覚を一度制御したいくつかの選択の脳の不動産があります。 それでは、これらの頭脳は今どうなっているのでしょうか。 これは答えるのが驚くほど難しい質問になる可能性があります。 通常、脳の「腕」の領域を探索するために - たとえば、脳のイメージングで - 私たちは その腕に触れるか動かす。 その腕が足りない場合、これは問題を引き起こします。

何十年にもわたる動物実験の中で、研究者たちは代わりに、体の残りの部分に触れて動かし、何かがこの行方不明の手の領域に侵入しているように見えるかどうかを確かめてきました。 これは、たとえば、サルが中指を失うと、脳領域(かつては中指を制御していた)が引き継がれることを示しています。 ほとんど瞬時に によって 隣接する人差し指と薬指。 これは、体の危険なゲームとよく似た領域への侵入です。

この研究では、古いボディマップが一掃されたように見え、貴重な脳空間が残りの四肢を支えるために再配分されたという絵が描かれました。 しかし、これは全体の話からはほど遠いことがわかりました。

ファントムレッスン

動物は自分たちが何を感じているのかを伝えるのに苦労しているので、失われた体の部分のファントムについて発見したのは人間による研究 - 最近のほとんどを通して - です。 切断者の頭脳を悩ませるそして彼らが科学にもたらした驚くべき洞察。

どのように脳は切断された四肢を覚えていてそれらを制御し続けます脳イメージングは​​、両手をコントロールしている参加者の手の地図(上)と比較して驚くほど似ている切断者(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

肢切断者が自分の幻肢を感じるだけではないことを多くの人が認識していません - ほとんどの人が 彼らの動きをうまくコントロール。 私たちは以前、切断者に彼らの幻想的な指をスキャナーで動かすよう依頼することを示しました 美しい地図になる 個々の(足りない)指の(上の画像を参照) しかしながら、その研究の切断者は、彼らが非常に鮮やかなファントムを持っていたので、特に選ばれました。 これは私たちを不思議にさせます、失われた肢を脳の中で生き続けさせるのはこれらの幻想的な感覚ですか?

これに答えるために、 私たちは最近 ファントム感覚、ファントムの動き、ファントムの痛みのレベルを変えて、多数の切断者をスキャンしました。 私たちは、人が自分の幻想的な指を動かすことができる範囲が、両手を使った人の地図がどれほど似ているかの最良の指標であることを見出しました。

驚くべきことに、これらのハンドマップの構成を予測する際には、ファントムセンセーションの単純な鮮やかさ - 指が足りなくなったことをどれだけ感じることができるかよりも、ファントムの動きがより重要でした。 私たちはまた、これらの欠けているハンドマップが幻影をほとんどまたはまったく持たない人々にも残っていることを発見して驚きました。これらのマップは一度形成されると非常に安定していることを示します。

最後に、私たちは四肢なしで生まれた人々(先天性の片手)の行方不明の腕領域で何が起こっているのか知りたいと思いました。 しかし、ここで、我々は問題を抱えていました:手足なしで生まれた人々 通常は幻覚を経験しない (これは 少し議論がある) これは、参加者にそうであったように、これらの参加者に彼らのファントムをスキャナーの中に動かすよう依頼することができなかったことを意味しました。

先天的な片手にスキャナー内の足の欠けた腕を動かすことを想像するように頼んでも、ほんの少しの手のような活動しか生み出されませんでした(そのほとんどが 視覚的側面に関連する 私たちの仕事の)。 しかし、もっと深く見るためには、新しい戦術が必要でした。

右手を動かすと、脳の左側(反対側)にある右側の自分の手のマップがアクティブになります。 しかし、右手を動かすと活動が変化して、 動かない左手の地図 脳の反対側にあります。

そのため、片手で参加者に手を入れずに手を動かしてもらうことで、行方不明の手の地図を間接的に見ることができます。 肢切断者と両手が無傷の手を動かしたとき、我々は行方不明の手の側に非常に普通に見える手の地図を見ました。 手を使わずに生まれた参加者はそのような活動を見せず、手の地図がほとんどないか全くないという新しい自信を私たちに与えています。

彼らは魅力的で奇妙であるため、幻肢は私たちの注意を引く。 しかし、それらの科学的価値もますます明確になっています。 私たちの研究は人々が彼らのフィンガーマップをより正常な状態に戻すために彼らの幻影の手を明示的に訓練することができるかどうかという問題を提起します。 これは無意味に思えるかもしれませんが、米国のピット大学の科学者は現在、麻痺患者の行方不明の指紋に電極を埋め込んでいます。 ロボットハンドの個々の指を制御して感じる。 まもなくファントムハンドワークアウトの時間が来るかもしれません。会話

著者について

Harriet Dempsey-Jones(認知神経科学のポスドク研究員) UCL

この記事はから再公開されます 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で 読む 原著.

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