Ο «χάρτης του σώματος» του εγκεφάλου δεν μετατοπίζεται: Η διαμήκης fMRI δείχνει σταθερότητα των αναπαραστάσεων των χεριών ακόμη και μετά τον ακρωτηριασμό

Η κλασική ιδέα είναι ότι εάν ένα χέρι ακρωτηριαστεί, η ορφανή περιοχή του χάρτη σώματος στον πρωτογενή σωματοαισθητικό φλοιό (S1) καταλαμβάνεται γρήγορα από τους γείτονές της, κυρίως τα χείλη και το πρόσωπο. Μια νέα δημοσίευση στο Nature Neuroscience σπάει αυτό το καλούπι. Οι ερευνητές παρακολούθησαν τρεις ενήλικες ασθενείς διαμήκως, πριν και για έως και πέντε χρόνια μετά τον ακρωτηριασμό, και τους συνέκριναν με την ομάδα ελέγχου. Ο χάρτης του χεριού στο S1 και ο κινητικός φλοιός (M1) παρέμειναν αξιοσημείωτα παρόμοιοι με τον αρχικό και δεν υπήρξε «επέκταση» της περιοχής του χείλους στο «χέρι». Με άλλα λόγια, ο ίδιος ο ακρωτηριασμός δεν προκαλεί «επανακαλωδίωση» μεγάλης κλίμακας του φλοιού - οι ενήλικες διατηρούν ένα σταθερό εσωτερικό μοντέλο σώματος ακόμη και χωρίς περιφερειακή εισροή.

Ιστορικό της μελέτης

Η κλασική εικόνα της σωματοτοπίας (ο ίδιος «ανθρωπάκι» του Penfield) συμπληρωνόταν εδώ και καιρό από τη θέση της «ανακατανομής» του φλοιού μετά τον ακρωτηριασμό: υποτίθεται ότι η ζώνη του χεριού στον πρωτογενή σωματοαισθητικό φλοιό (S1) χάνει γρήγορα την εισροή και «αποτυπώνεται» από τη γειτονική προβολή του προσώπου/χειλιών, και ο βαθμός αυτής της ανακατανομής σχετίζεται με φανταστικό πόνο. Αυτή η ιδέα υποστηρίχθηκε από μελέτες και ανασκοπήσεις fMRI/MEG σε διατομή, καθώς και από μεμονωμένες κλινικές παρατηρήσεις της «μεταφοράς» των αισθήσεων από το πρόσωπο στο φανταστικό χέρι. Αλλά η βάση τεκμηρίωσης βασιζόταν κυρίως σε συγκρίσεις διαφορετικών ανθρώπων και σε μεθόδους «ο νικητής τα παίρνει όλα», ευαίσθητες στον θόρυβο και την επιλογή κατωφλίου.

Τα τελευταία χρόνια, έχουν εμφανιστεί πιο ακριβείς χάρτες που δείχνουν την πολύπλοκη και συχνά σταθερή οργάνωση του προσώπου και του χεριού στο S1 σε ακρωτηριασμένους: ορισμένα από τα σήματα που λαμβάνονται για «εισβολή» των χειλιών μπορεί να είναι ένα κατασκεύασμα της ανάλυσης και η σχέση με τον φανταστικό πόνο είναι ασυνεπής. Οι επικριτές έχουν επισημάνει συγκεκριμένα τη μεθοδολογία «ο νικητής τα παίρνει όλα», τις μικρές ROI και την έλλειψη εξέτασης των φανταστικών κινήσεων και των επιρροών από πάνω προς τα κάτω. Οι προσεγγίσεις πολλαπλών voxel και η RSA παρέχουν μια πιο λεπτομερή εικόνα, όπου η προφανής «σύλληψη» από το πρόσωπο συχνά δεν είναι ορατή.

Μια νέα διαχρονική μελέτη στο Nature Neuroscience καλύπτει το κύριο κενό - μια σύγκριση «με τον εαυτό» πριν από τον ακρωτηριασμό και μήνες/χρόνια μετά. Σε τρεις ασθενείς, οι συγγραφείς συνέκριναν τις ενεργοποιήσεις κατά τη διάρκεια των κινήσεων των δακτύλων του χεριού (πριν) και ενός «φανταστικού» χεριού (μετά), καθώς και των χειλιών. Υπήρχαν επίσης ομάδες ελέγχου και μια ομάδα εξωτερικού ακρωτηριασμού. Αποτέλεσμα: οι χάρτες του χεριού και του χείλους παρέμειναν αξιοσημείωτα σταθεροί και δεν βρέθηκαν σημάδια «επέκτασης» του προσώπου στο χέρι. Ένας αποκωδικοποιητής που εκπαιδεύτηκε σε δεδομένα «πριν» αναγνώρισε με επιτυχία το «μετά». Συμπέρασμα - σε ενήλικες, οι σωματοαισθητηριακές αναπαραστάσεις υποστηρίζονται όχι μόνο από περιφερειακά δεδομένα εισόδου, αλλά και από εσωτερικά μοντέλα/προθέσεις.

Εξ ου και οι πρακτικές και θεωρητικές επιπτώσεις: οι διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή και τα προσθετικά μπορούν να βασίζονται σε εκπληκτικά σταθερούς «χάρτες» του ακρωτηριασμένου άκρου, και η υπόθεση «πόνος = επαναχαρτογράφηση» απαιτεί αναθεώρηση υπέρ άλλων μηχανισμών φανταστικού πόνου. Γενικότερα, η εργασία μετατοπίζει την ισορροπία στη μακροχρόνια συζήτηση για την πλαστικότητα: η ώριμη σωματοτοπία στους ανθρώπους αποδεικνύεται πολύ πιο σταθερή από ό,τι υποθέτουν τα μαθήματα νευροεπιστημών.

Πώς το έλεγξαν;

Οι συγγραφείς χρησιμοποίησαν ένα διαχρονικό σχέδιο: η fMRI καταγράφηκε από τα ίδια άτομα πριν από τη χειρουργική επέμβαση και στη συνέχεια στους 3 μήνες, 6 μήνες και αργότερα (1,5 ή 5 έτη). Στον σαρωτή, οι συμμετέχοντες έλαβαν οδηγίες να κινήσουν τα δάχτυλά τους (πριν από τον ακρωτηριασμό) και τα «φανταστικά» δάχτυλα (μετά), να σφίξουν τα χείλη τους και να λυγίσουν τα δάχτυλα των ποδιών τους.

• Δείγμα και έλεγχοι: 3 ασθενείς με προγραμματισμένο ακρωτηριασμό άνω άκρου· 16 υγιείς έλεγχοι (με επαναλαμβανόμενες σαρώσεις)· πρόσθετη σύγκριση με μια ομάδα 26 ασθενών με χρόνιο ακρωτηριασμό (μέσος όρος 23,5 έτη μετά τον ακρωτηριασμό).
• Μετρήσεις χάρτη: κέντρα βάρους (COG) δραστηριότητας στο S1, συσχετίσεις προτύπου-συσχέτισης πριν/μετά για κάθε δάχτυλο, αποκωδικοποίηση γραμμικής κίνησης SVM (εκπαίδευση πριν από τον ακρωτηριασμό → δοκιμή μετά και αντίστροφα), αξιολόγηση της διείσδυσης των χειλιών στην περιοχή του χεριού.
• Βασικά αριθμητικά αποτελέσματα: οι διαμήκεις συσχετίσεις των μοτίβων δάχτυλο-με-δάχτυλο ήταν υψηλές (r≈0,68-0,91; p<0,001), η ακρίβεια του αποκωδικοποιητή που εκπαιδεύτηκε «πριν» παρέμεινε πάνω από την πιθανότητα όταν δοκιμάστηκε «μετά» (≈67-90%), και τα όρια του «χάρτη των χειλιών» δεν επεκτάθηκαν στη «ζώνη του χεριού» ακόμη και κατά 1,5-5 έτη.

Γιατί είναι αυτό σημαντικό για τη νευροεπιστήμη και την κλινική πρακτική;

Η εργασία δείχνει ότι οι αναπαραστάσεις του «σώματος» στο S1 σε ενήλικες υποστηρίζονται όχι μόνο από περιφερειακά αισθητήρια σήματα, αλλά και από επιρροές από πάνω προς τα κάτω από κινητικές προθέσεις και εσωτερικά μοντέλα. Αυτό εξηγεί γιατί η προσπάθεια κίνησης ενός «φανταστικού» χεριού προκαλεί δραστηριότητα παρόμοια με αυτή ενός φυσιολογικού χεριού και γιατί προηγούμενες διατομεακές μελέτες μπορεί να έχουν υπερεκτιμήσει την «εισβολή» του προσώπου λόγω μιας προσέγγισης «ο νικητής τα παίρνει όλα» που δεν λαμβάνει υπόψη τη φανταστική δραστηριότητα. Αυτά είναι καλά νέα για τις διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή: ένας λεπτομερής και σταθερός «χάρτης» ενός ακρωτηριασμένου άκρου είναι κατάλληλος για μακροπρόθεσμες εφαρμογές. Για τη θεραπεία του φανταστικού πόνου, η επίπτωση είναι πιο ανεπαίσθητη: οι τρέχουσες χειρουργικές επεμβάσεις και οι νευρωνικές διεπαφές δεν «αποκαθιστούν» τον χάρτη επειδή υπάρχει ήδη εκεί. Επομένως, πρέπει να στοχεύσουν και άλλοι μηχανισμοί πόνου.

Τι να ελέγξετε στη συνέχεια

Οι συγγραφείς καταλήγουν προσεκτικά αλλά άμεσα: δεν υπάρχουν ενδείξεις «αναδιαμόρφωσης» της σωματοτοπίας S1 μετά από ακρωτηριασμό σε ενήλικες που οφείλεται σε έλλειμμα. Η διατήρηση και η αναδιοργάνωση δεν είναι εννοιολογικά αμοιβαία αποκλειόμενες, αλλά η μεγάλη «σύλληψη» από τα χείλη δεν είναι ορατή στις διαχρονικές μετρήσεις. Είναι σημαντικό να επεκταθεί το δείγμα και να τυποποιηθούν οι εργασίες:

• Επεκτείνετε τα εύρη Ν και ηλικίας, ελέγξτε την ταχύτητα/τα όρια διατήρησης της κάρτας για διαφορετικές αιτίες ακρωτηριασμού και τα προεγχειρητικά επίπεδα κινητικού ελέγχου.
• Προσθέστε αντικειμενικούς περιφερειακούς δείκτες, συμπεριλαμβανομένης της ηλεκτρομυογραφίας κολοβώματος και της νευροδιέγερσης, για να διαχωρίσετε τη συμβολή των κατιόντων και των περιφερειακών σημάτων.
• Επαναπροσδιορίστε τα πρωτόκολλα επαναχαρτογράφησης από την προσέγγιση «ο νικητής τα παίρνει όλα» σε διαχρονικές, πολυ-voxel αναλύσεις και αναλύσεις ταξινόμησης που λαμβάνουν ρητά υπόψη τη φανταστική κίνηση.

Εν συντομία - τα κύρια σημεία

• Σταθερότητα αντί για «άρπαγμα»: Οι χάρτες των χεριών και των χειλιών στο S1/M1 σε ενήλικες παραμένουν σταθερά τοποθετημένοι για έως και 5 χρόνια μετά τον ακρωτηριασμό.
• Το φάντασμα δεν είναι φαντασία: οι προσπάθειες κίνησης «φανταστικών» δακτύλων παράγουν μοτίβα στατιστικά παρόμοια με τις προεγχειρητικές κινήσεις των χεριών.
• Επιπτώσεις: μια ισχυρή βάση για την προσθετική BCI· επανεξέταση της έννοιας της πλαστικότητας που προκαλείται από έλλειμμα· νέοι στόχοι για τη θεραπεία του φανταστικού πόνου.

Πηγή: Schone HR et al. «Χάρτες σταθερού φλοιώδους σώματος πριν και μετά τον ακρωτηριασμό του βραχίονα», Nature Neuroscience, 21 Αυγούστου 2025 (Σύντομη ανακοίνωση). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7