„Mapa ciała” mózgu się nie zmienia: podłużne badanie fMRI pokazuje stabilność reprezentacji dłoni nawet po amputacji

Klasyczna koncepcja zakłada, że w przypadku amputacji ręki, osierocony obszar mapy ciała w pierwotnej korze czuciowo-somatycznej (S1) jest szybko przejmowany przez sąsiednie obszary, przede wszystkim usta i twarz. Nowy artykuł w czasopiśmie Nature Neuroscience przełamuje ten schemat. Naukowcy obserwowali losy trzech dorosłych pacjentów w ujęciu longitudinalnym, przed amputacją i do pięciu lat po niej, porównując ich z grupą kontrolną. Mapa dłoni w S1 i korze ruchowej (M1) pozostała zadziwiająco podobna do oryginału i nie zaobserwowano „rozszerzenia” obszaru warg w „dłoń”. Innymi słowy, sama amputacja nie powoduje „przeprogramowania” kory mózgowej na dużą skalę – dorośli zachowują stabilny wewnętrzny model ciała nawet bez bodźców obwodowych.

Tło badania

Klasyczny obraz somatotopii (ten sam „homunkulus” Penfielda) przez długi czas uzupełniała teza o „remapowaniu” kory mózgowej po amputacji: rzekomo strefa dłoni w pierwotnej korze czuciowo-somatycznej (S1) szybko traci bodźce i jest „przechwytywana” przez sąsiednią projekcję twarzy/ust, a stopień takiego remapowania wiąże się z bólem fantomowym. Tezę tę poparły przekrojowe badania i recenzje z wykorzystaniem fMRI/MEG, a także indywidualne obserwacje kliniczne „przeniesienia” wrażeń z twarzy do ręki fantomowej. Jednak baza dowodowa opierała się głównie na porównaniach różnych osób i metodach „zwycięzca bierze wszystko”, wrażliwych na szum i wybór progu.

W ostatnich latach pojawiły się dokładniejsze mapy, które pokazują złożoną i często stabilną organizację twarzy i dłoni w S1 u osób po amputacji: niektóre sygnały brane pod uwagę jako „naciekanie” warg mogą być artefaktem analizy, a związek z bólem fantomowym jest niespójny. Krytycy wskazywali w szczególności na metodologię „zwycięzca bierze wszystko”, małe zwroty z inwestycji (ROI) oraz brak uwzględnienia ruchów fantomowych i wpływów odgórnych. Podejście wielowokselowe i RSA dają bardziej zniuansowany obraz, w którym oczywiste „przechwycenie” przez twarz często nie jest widoczne.

Nowe badanie longitudinalne opublikowane w Nature Neuroscience wypełnia główną lukę – porównanie „z samym sobą” przed amputacją i miesiące/lata po niej. U trzech pacjentów autorzy porównali aktywacje podczas ruchów palców dłoni (przed) i „fantomowej” dłoni (po), a także warg; istniały również grupy kontrolne i zewnętrzna kohorta po amputacji. Wynik: mapy dłoni i warg pozostały zadziwiająco stabilne i nie stwierdzono oznak „rozszerzania” twarzy w kierunku dłoni; dekoder wytrenowany na danych „przed” z powodzeniem rozpoznał „po”. Wniosek – u dorosłych reprezentacje somatosensoryczne są wspierane nie tylko przez bodźce peryferyjne, ale także przez wewnętrzne modele/intencje.

Stąd praktyczne i teoretyczne implikacje: interfejsy mózg-komputer i protezy mogą opierać się na zaskakująco stabilnych „mapach” amputowanej kończyny, a hipoteza „ból = remapowanie” wymaga rewizji na rzecz innych mechanizmów bólu fantomowego. Mówiąc bardziej ogólnie, praca ta zmienia równowagę w długotrwałej debacie na temat plastyczności: dojrzała somatotopia u ludzi okazuje się znacznie bardziej stabilna, niż zakładano na kursach neurobiologii.

Jak to sprawdzali?

Autorzy zastosowali metodę longitudinalną: fMRI zarejestrowano u tych samych osób przed operacją, a następnie po 3 miesiącach, 6 miesiącach i później (po 1,5 lub 5 latach). Uczestnicy mieli za zadanie poruszać palcami (przed amputacją) i palcami „fantomowymi” (po amputacji), zaciskać usta i zginać palce u stóp.

• Próba i kontrole: 3 pacjentów z planową amputacją kończyny górnej; 16 zdrowych osób z grupy kontrolnej (z powtórnymi badaniami); dodatkowe porównanie z kohortą 26 osób z przewlekłą amputacją (średnio 23,5 roku po amputacji).
• Dane mapy: środki ciężkości (COG) aktywności w S1, korelacje wzorców przed/po dla każdego palca, dekodowanie liniowego ruchu SVM (trening przed amputacją → test po i odwrotnie), ocena penetracji warg w obszar dłoni.
• Kluczowe wyniki liczbowe: korelacje podłużne wzorców palców były wysokie (r≈0,68-0,91; p<0,001), dokładność dekodera wyszkolonego „przed” pozostała wyższa od przypadkowej, gdy testowano go „po” (≈67-90%), a granice „mapy ust” nie rozszerzyły się na „strefę dłoni” nawet po 1,5–5 latach.

Dlaczego jest to ważne dla neuronauki i praktyki klinicznej?

Praca pokazuje, że reprezentacje „ciała” w S1 u dorosłych są wspierane nie tylko przez obwodowe sygnały sensoryczne, ale także przez odgórne wpływy intencji motorycznych i modeli wewnętrznych. Wyjaśnia to, dlaczego próba poruszenia „fantomową” ręką wywołuje aktywność podobną do tej w przypadku normalnej ręki i dlaczego wcześniejsze badania przekrojowe mogły przeceniać „intruzję” twarzy z powodu podejścia „zwycięzca bierze wszystko”, które nie uwzględnia aktywności fantomowej. To dobra wiadomość dla interfejsów mózg-komputer: szczegółowa i stabilna „mapa” amputowanej kończyny nadaje się do zastosowań długoterminowych. W przypadku terapii bólu fantomowego implikacja jest bardziej subtelna: obecne operacje i interfejsy neuronowe nie „przywracają” mapy, ponieważ już istnieje; dlatego konieczne jest ukierunkowanie na inne mechanizmy bólu.

Co sprawdzić dalej

Autorzy podsumowują ostrożnie, ale wprost: nie ma dowodów na „przebudowę” somatotopii S1 wywołaną deficytem po amputacji u dorosłych; zachowanie i reorganizacja nie wykluczają się wzajemnie, ale w pomiarach longitudinalnych nie widać dużego „przechwycenia” przez wargi. Ważne jest poszerzenie próby i standaryzacja zadań:

• Rozszerz zakresy N i wieku, przetestuj prędkość/granice konserwacji karty dla różnych przyczyn amputacji i poziomów kontroli motorycznej przed operacją.
• Dodaj obiektywne markery obwodowe, w tym elektromiografię kikuta i neurostymulację, aby oddzielić udział sygnałów zstępujących i obwodowych.
• Przemyśl protokoły mapowania z zasad „zwycięzca bierze wszystko” na analizy podłużne, wielowokselowe i klasyfikacyjne, które wyraźnie uwzględniają ruch fantomowy.

Krótko - najważniejsze punkty

• Stabilność zamiast „chwytania”: mapy dłoni i warg w S1/M1 u dorosłych pozostają stabilnie ułożone nawet przez 5 lat po amputacji.
• Fantom nie jest wynikiem wyobraźni: próby poruszania „fantomowymi” palcami dają wzorce statystycznie podobne do ruchów dłoni przed operacją.
• Implikacje: solidna podstawa dla protetyki BCI; ponowne rozważenie koncepcji plastyczności wywołanej deficytami; nowe cele terapii bólu fantomowego.

Źródło: Schone HR i in. „Stabilne mapy korowe ciała przed i po amputacji ramienia”, Nature Neuroscience, 21 sierpnia 2025 r. (krótki komunikat). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7