单身人士的研究揭示失去身体部位后大脑如何适应

单身人士的研究揭示失去身体部位后大脑如何适应
鼓手里克·艾伦已经克服了他的一个手臂的截肢。 马特·贝克尔/天气预报员/维基百科, 创用CC BY-SA

了解人类大脑如何工作是科学最重要的目标之一。 揭开秘密的第一步就是研究大脑是如何组织的。 我们目前的观点可以追溯到 神经外科医生Wilder Penfield的开创性工作 在1940s中,它建立了大脑组织与我们操作身体能力之间的联系。

Penfield电刺激了他的患者的某些大脑区域,并注意到他们不由自主地移动,或者报告身体特定部位的反应。 这是大脑包含身体地图的基础,其中不同的地区控制不同的身体部位。 但是现在,几乎在80几年之后,一项新的研究提出了另一种想法。

研究大脑组织与其功能之间的联系有很多种方法。 一个是通过观察大脑对一个深刻的身体变化的反应,比如失去一个身体部分或者没有一个人生而出生。 例如,一旦手不再存在,控制手的大脑区域会发生什么?

当科学家们开始探索这个问题时,他们发现以前代表手的大脑区域“被占领了” 由大脑的邻近地区。 这样,大脑就会通过大脑领域的战斗来重组, 赢得邻国地区声称该地区为自己的功能目的.

同样,在没有手感的情况下,没有感觉输入的人没有被占用的皮层,但是从来没有真正存在过,被招募来代表单手的残余手臂。 这些额外的脑部资源已经被建议允许单手使用他们的残余手臂来代替缺失的手部功能。

然而,本 新的研究 我的同事在“当代生物学”上发表的一篇文章指出,一个女人使用一系列创造性的策略来完成复杂的日常任务 - 涉及大脑区域控制的身体部位,而这些部位远离失踪的手部区域(参考图像)。 这使他们怀疑大脑重组是否真的由大脑中的邻里关系决定。

本实验

科学家们研究了一方面出生的17人和两只手的24人。 参与者被要求在实验室进行任务,从包装礼物开瓶或折叠洗衣。 这些看似平凡的职责实际上需要我们双手之间的巨大协调,因此对只有一只手的人不断挑战。 一对手通过使用各种各样的补偿策略成功地完成了这些任务,从使用他们的腿,嘴唇,假肢或残余手臂执行通常涉及两只手的任务。

由于这些行为包括身体部位,而这些部位并非全部由控制失手的部位控制,科学家们想知道这些杰出人士的脑中正在发生什么。 他们要求参与者用这些不同的身体部位进行简单的动作,并跟踪他们的大脑活动。


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功能性核磁共振成像扫描显示,不同身体部位的代表用来代替手部功能,映射到代表手部的皮质空间上。 换句话说,代表手的大脑区域被用来支撑嘴唇,脚或手臂。

虽然这项研究并不是第一个显示身体部位侵入不同身体部位的大脑皮质区域,但它是第一个显示受益于同一大脑区域的多个身体部位 - 不管这些区域是否接近其他在大脑中。

所以看起来大脑比我们以前想象的要灵活得多,因为可用的皮质可以分配到身体部位,分享失手的功能。

重组或重新定位?

将这些结果放到上下文中的一种方法是问,如果手区域本身不代表手区,而只是代表通常由手执行的功能的大脑部分?

如果这种解释是正确的,那么我们就误解了大脑组织是以身体部位而不是身体功能为基础的。 虽然在这一点上是投机性的,但认为我们长期以来可能错误的是有趣的。

这些想法令人兴奋,我们必须谨慎行事,并且记住,目前这仍然是一个有效的理论。 然而,将这些发现串联起来具有重要意义。 这不仅有助于我们改写大脑组织理论,而且会告诉我们如何利用大脑重组来更好地连接大脑和辅助技术,甚至是辅助技术。

事实上,如果大脑可以利用缺失的手部区域代表大量的其他身体部位,那么它是否也可以用来表示和控制人造身体部位,如 一个假肢手臂?

关于作者

Rebecca Nutbrown,神经科学博士候选人, UCL

这篇文章最初发表于 谈话。 阅读 原创文章.


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