大脑如何记住截肢并继续控制它们

大脑如何记住截肢并继续控制它们
新的研究可能有助于开发机器人手臂。 UfaBizPhoto /存在Shutterstock

大多数失去了肢体的人 还是觉得它的存在 几十年后。 这种被称为“幻肢”的现象长期以来一直是个谜。 但是,通过新的超高分辨率脑部扫描,我们现在可以查看被截肢者的大脑内部以获取先前隐藏的线索。 我们最近展示了三个惊人的截肢患者 非常详细的地图代表 他们大脑中五个缺失的手指。

但是,为什么这些地图仍然存在,尽管几十年没有任何来自失踪肢体的输入? 在一项新研究中, 发表在“eLife”杂志上,我们现在已经透露,一个人可以有目的地“移动”他们的幻肢,这对于确定他们的大脑丢失的手部地图与有两只手的人有多相似是至关重要的。 我们的研究表明,幻肢不仅仅是一个有趣的怪,而是一种可以利用以前未解答的大脑问题的现象。

如果一个人不幸失去一只手臂,那么很多事情都会发生变化。 你怎么穿袜子? 还是打开一个饮料瓶? 对一个人的想法可能更少(赦免双关语)是失去一只手臂可能会改变他们的大脑。

有一些选择脑部房地产,曾经控制失去肢体的运动和感觉。 那么,那些大脑现在到底是什么? 这可能是一个令人难以置信的难以回答的问题。 通常情况下,探索大脑的“手臂”区域 - 例如脑部成像 - 我们会这样做 触摸或移动那个手臂。 如果缺少该手臂,则会出现问题。

经过几十年的大多数动物研究,研究人员已经触摸并移动身体的其余部分,看看是否有任何东西似乎正在侵入这个缺失的手部区域。 这告诉我们,例如,如果猴子失去了中指,那么大脑区域(曾经控制过中指)被接管 几乎是瞬间相邻指数和无名指。 这是一个领土入侵,就像一个风险的身体游戏。

这项研究描绘了一张图片,其中旧的身体贴图似乎被擦除,宝贵的大脑空间被重新分配以支持剩余的肢体。 但事实证明这远非整个故事。

幻影课程

由于动物很难告诉我们他们的感受,只有通过人类研究 - 最近的大部分 - 我们才发现了丢失的身体部位的幽灵。 困扰截肢者的大脑,以及他们为科学提供的惊人见解。


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大脑如何记住截肢并继续控制它们脑成像揭示了截肢者(下图)中手的各个手指的详细地图,与双手控制参与者的手绘图(上图)相比,其惊人的相似。 作者提供

很多人都没有意识到截肢者不仅能感觉到他们的幻肢 - 大多数人都有 很好地控制他们的运动。 我们之前表明要求被截肢者将他们的幻影手指移动到扫描仪中 导致美丽的地图 个别(缺失)手指(见上图)。 然而,该研究中的截肢者是专门选择的,因为他们有非常生动的幻影。 这让我们想知道,这些幻影感觉能够让失去的肢体在大脑中活着吗?

要回答这个问题, 我们最近 扫描了一大群截肢者,他们有不同程度的幻象感,幻象运动和幻影疼痛。 我们发现,一个人可以移动他们的幻影手指的程度是双手人物他们的地图有多相似的最佳指标。

令人惊讶的是,幻影运动在预测这些手绘图的组织方面比幻象感觉的简单生动更重要 - 他们能够感受到多少手指缺失。 我们也惊讶地发现,这些丢失的手部地图甚至保留在几乎没有幻影感觉的人身上,这表明这些地图一旦形成就非常稳定。

最后,我们想知道在没有肢体的人(先天性单手)下失踪的手臂区域发生了什么。 然而,在这里,我们遇到了一个问题:出生时没有四肢的人 通常不会经历幻影感受 (虽然这是 有点争议)。 这意味着我们不能要求这些参与者将他们的幻像移动到扫描仪中,就像我们对截肢者所做的那样。

要求先天性的单手操纵者想象在扫描仪中移动他们缺失的手臂会产生非常少的手状活动(我们认为其中大部分都是 与视觉方面有关 我们的任务)。 但是为了更深入地看,我们需要一种新的策略。

当您移动右手时,这会激活右手自己在大脑左侧(对侧)的手部图。 但是,移动右手也会导致活动变化,让我们可以看到 不动的左手的地图 在大脑的另一边。

因此,通过让我们的单手参与者移动完整的手,我们可以间接看到丢失的手绘图。 当被截肢者和双手移动完整的手时,我们在失踪的手侧看到了一张看起来很正常的手绘图。 没有手的出生的参与者没有表现出这样的活动,给了我们新的信心,那里根本没有手绘图。

幻影四肢吸引了我们的注意力,因为它们令人着迷和奇异。 但他们的科学价值也越来越明显。 我们的研究提出了一个问题,即人们是否能够明确地训练他们的幻影手将他们的手指图恢复到更正常的状态。 这似乎毫无意义,但美国皮特大学的科学家们目前正在将电极植入缺失的瘫痪患者手指图中,使他们能够 控制和感受机器人手的个别手指。 可能很快就会进行幻影手锻炼。谈话

关于作者

Harriet Dempsey-Jones,认知神经科学博士后研究员, UCL

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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