„Мапа тела“ мозга се не помера: Лонгитудинална фМРИ показује стабилност репрезентација руку чак и након ампутације

Класична идеја је да ако се рука ампутира, осиротели регион мапе тела у примарном соматосензорном кортексу (С1) брзо преузимају његови суседи, првенствено усне и лице. Нови рад у часопису Nature Neuroscience разбија тај калуп. Истраживачи су пратили три одрасла пацијента уздужно, пре и до пет година након ампутације, и упоређивали их са контролном групом. Мапа руке у С1 и моторном кортексу (М1) остала је изузетно слична оригиналној, и није дошло до „ширења“ региона усне у „руку“. Другим речима, сама ампутација не покреће велико кортикално „пренавођење“ – одрасли задржавају стабилан унутрашњи модел тела чак и без периферног уноса.

Позадина студије

Класична слика соматотопије (исти тај Пенфилдов „хомункулус“) дуго је била допуњена тезом о „ремапирању“ кортекса након ампутације: наводно, зона шаке у примарном соматосензорном кортексу (С1) брзо губи улазне сигнале и бива „заробљена“ суседном пројекцијом лица/усана, а степен таквог ремапирања је повезан са фантомским болом. Ову идеју су поткрепиле попречне fMRI/MEG студије и прегледи, као и појединачна клиничка запажања о „преносу“ сензација са лица на фантомску руку. Али база доказа се углавном ослањала на поређења различитих људи и методе „победник узима све“, осетљиве на буку и селекцију прага.

Последњих година појавиле су се прецизније мапе које приказују сложену и често стабилну организацију лица и шаке у С1 код ампутираних особа: неки од сигнала узетих за „инвазију“ усне могу бити артефакт анализе, а веза са фантомским болом је недоследна. Критичари су посебно указивали на методологију „победник узима све“, мале повраћаје инвестиција и недостатак разматрања фантомских покрета и утицаја одозго надоле. Вишеструки вокселски приступи и RSA пружају нијансиранију слику, где очигледно „заузимање“ лицем често није видљиво.

Нова лонгитудинална студија у часопису Nature Neuroscience попуњава главну празнину - поређењем „са самим собом“ пре ампутације и месецима/годинама после. Код три пацијента, аутори су упоредили активације током покрета прстију руке (пре) и „фантомске“ руке (после), као и усана; постојале су и контролне групе и спољашња кохорта са ампутацијом. Резултат: мапе руку и усана остале су изузетно стабилне и нису пронађени знаци „ширења“ лица у руку; декодер обучен на подацима „пре“ успешно је препознао „после“. Закључак - код одраслих, соматосензорне репрезентације су подржане не само периферним уносом, већ и интерним моделима/намерама.

Отуда практичне и теоријске импликације: интерфејси мозак-рачунар и протезе могу се ослањати на изненађујуће стабилне „мапе“ ампутираног уда, а хипотеза о „болу = ремапирању“ захтева ревизију у корист других механизама фантомског бола. Генерално, рад помера равнотежу у дугогодишњој дебати о пластичности: зрела соматотопија код људи испоставља се много стабилнијом него што су претпостављали курсеви неуронауке.

Како су то проверили?

Аутори су користили лонгитудинални дизајн: фМРИ је снимљен код истих особа пре операције, а затим након 3 месеца, 6 месеци и касније (1,5 или 5 година). У скенеру, учесницима је наложено да померају прсте (пре ампутације) и „фантомске“ прсте (после), стисну усне и савију прсте на ногама.

• Узорак и контролне групе: 3 пацијента са елективном ампутацијом горњих екстремитета; 16 здравих контролних група (са поновљеним скенирањем); додатно поређење са кохортом од 26 хроничних ампутираца (просечно 23,5 године након ампутације).
• Мапске метрике: центри гравитације (COG) активности у S1, корелације пре/пост обрасца за корелацију за сваки прст, линеарно декодирање покрета SVM (тренинг пре ампутације → тест после и обрнуто), процена продора усне у подручје руке.
• Кључни нумерички резултати: уздужне корелације образаца прстију биле су високе (r≈0,68-0,91; p<0,001), тачност декодера обученог „пре“ остала је изнад случајности када је тестирана „после“ (≈67-90%), а границе „мапе усана“ се нису прошириле у „зону руке“ чак ни за 1,5-5 година.

Зашто је ово важно за неуронауку и клиничку праксу?

Рад показује да су репрезентације „тела“ у С1 код одраслих поткрепљене не само периферним сензорним сигналима, већ и утицајима одозго надоле, из моторичких намера и интерних модела. Ово објашњава зашто покушај покретања „фантомске“ руке изазива активност сличну оној нормалне руке и зашто су претходне студије пресека можда прецениле „упад“ лица због приступа „победник узима све“ који не узима у обзир фантомску активност. Ово су добре вести за интерфејсе мозак-рачунар: детаљна и стабилна „мапа“ ампутираног уда је погодна за дугорочне примене. За терапију фантомског бола, импликација је суптилнија: тренутне операције и неуронски интерфејси не „враћају“ мапу јер је она већ ту; стога је потребно циљати друге механизме бола.

Шта следеће проверити

Аутори закључују пажљиво, али директно: нема доказа о дефицитом изазваном „ремоделовању“ S1 соматотопије након ампутације код одраслих; очување и реорганизација нису концептуално међусобно искључиви, али велико „захватање“ уснама није видљиво у лонгитудиналним мерењима. Важно је проширити узорак и стандардизовати задатке:

• Проширити N и старосне распоне, тестирати брзину/границе очувања картице за различите узроке ампутације и преоперативне нивое моторичке контроле.
• Додајте објективне периферне маркере, укључујући електромиографију патрљака и неуростимулацију, да бисте раздвојили доприносе силазних и периферних сигнала.
• Преиспитајте протоколе за ремапирање од „победник узима све“ до лонгитудиналних, вишевокселних и класификационих анализа које експлицитно узимају у обзир фантомско кретање.

Укратко - главне тачке

• Стабилност уместо „хватања“: Мапе руку и усана у S1/M1 код одраслих остају стабилно позициониране до 5 година након ампутације.
• Фантом није машта: покушаји померања „фантомских“ прстију производе обрасце статистички сличне преоперативним покретима руку.
• Импликације: робусна основа за BCI протезе; поновно разматрање концепта пластичности вођене дефицитом; нове мете за терапију фантомског бола.

Извор: Schone HR et al. „Стабилне кортикалне мапе тела пре и после ампутације руке“, Nature Neuroscience, 21. август 2025. (кратко саопштење). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7