Фантомные боли
Nature Neuroscience
Nature Neuroscience
Фантомные боли — одно из самых загадочных и мучительных явлений в нейронауке. Люди, потерявшие конечность, часто продолжают ощущать её присутствие: кто-то чувствует покалывание или жжение, кто-то описывает это как удар током или даже как будто кулак “сжимается и не может разжаться”. По данным неврологов, до 85% ампутантов сталкиваются с подобными ощущениями. Но до недавнего времени оставалось загадкой, почему мозг так упорно “не отпускает” утраченные части тела.
В коре головного мозга есть особая область — соматосенсорная кора. Она хранит своеобразную “карту тела”. Разные её участки связаны с различными зонами нашего организма. Например, одна часть карты отвечает за руку, другой — за ногу, губы или нос.
Когда мы получаем сенсорный сигнал, эта карта позволяет мозгу точно определить, откуда он поступил. Долгие годы считалось, что карта тела достаточно пластична. То есть, если человек теряет конечность, то соответствующий участок мозга должен перестраиваться, “уступая” освободившуюся территорию соседним зонам. Эта идея казалась логичной, ведь организм лишается источника сигналов, в таком случае нейроны, по предположению учёных прошлого века, должны адаптироваться
и “переключаться”. Исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, поставило под сомнение прежние представления. Команда учёных из Кембриджского университета впервые проследила работу мозга у пациентов до ампутации и после неё.
В коре головного мозга есть особая область — соматосенсорная кора. Она хранит своеобразную “карту тела”. Разные её участки связаны с различными зонами нашего организма. Например, одна часть карты отвечает за руку, другой — за ногу, губы или нос.
Когда мы получаем сенсорный сигнал, эта карта позволяет мозгу точно определить, откуда он поступил. Долгие годы считалось, что карта тела достаточно пластична. То есть, если человек теряет конечность, то соответствующий участок мозга должен перестраиваться, “уступая” освободившуюся территорию соседним зонам. Эта идея казалась логичной, ведь организм лишается источника сигналов, в таком случае нейроны, по предположению учёных прошлого века, должны адаптироваться
и “переключаться”. Исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, поставило под сомнение прежние представления. Команда учёных из Кембриджского университета впервые проследила работу мозга у пациентов до ампутации и после неё.
Последствия утраты конечности для человека могут оказаться очень болезненными
В эксперименте участвовали трое добровольцев, которым предстояло ампутировать руку. Их мозг сканировали с помощью функциональной МРТ на разных этапах — до операции, через 3 месяца, через полгода, а у некоторых и спустя несколько лет. Участников просили двигать (или пытаться это делать) кистью или пальцами после ампутации. В это время наблюдатели фиксировали активность соматосенсорной коры. Результаты оказались ошеломляющими. «Мы подозревали, что карта изменится незначительно, но степень сохранности “карты руки” была просто потрясающей». Даже спустя пять лет после ампутации мозг продолжал хранить полноценное представление о потерянной конечности. Соседние зоны, например, отвечающие за лицо, не «захватывали» освободившуюся территорию.
Рис. 1: Исследование участников с запланированными ампутациями рук.
Рис. 1: Исследование участников с запланированными ампутациями рук.
а. Экспериментальная временная шкала. Сканирование до и после ампутации проводилось в 4–5 временных точках: дважды до ампутации, а также через 3 месяца, 6 месяцев и 1,5 (P1) / 5 лет (P2) после неё.
b. Иллюстрация, на которой изображены три участника исследования через 6 месяцев после ампутации, а также их субъективное описание положения фантомной конечности.
c. Фантомные движения — это не плод воображения. Одномерная карта контраста активности, на которой показаны попытки участника исследования сжать и разжать фантомную руку
в сравнении с воображаемыми движениями, через 6 месяцев после ампутации.
d. Карты активации коры головного мозга в области кисти (красный цвет) и губ (синий цвет)
(в сравнении с движениями стоп) в полушарии, отвечающем за пораженную руку, за 4–5 сеансов.
b. Иллюстрация, на которой изображены три участника исследования через 6 месяцев после ампутации, а также их субъективное описание положения фантомной конечности.
c. Фантомные движения — это не плод воображения. Одномерная карта контраста активности, на которой показаны попытки участника исследования сжать и разжать фантомную руку
в сравнении с воображаемыми движениями, через 6 месяцев после ампутации.
d. Карты активации коры головного мозга в области кисти (красный цвет) и губ (синий цвет)
(в сравнении с движениями стоп) в полушарии, отвечающем за пораженную руку, за 4–5 сеансов.
Откуда же взялась уверенность, что карта меняется? Дело в том, что каждая зона мозга реагирует не только на “свою” часть тела, но и на соседние. При внимательном анализе сигналы можно перепутать и принять за “перестройку”. На самом же деле никакого глобального перераспределения не происходит — карта тела остаётся удивительно стабильной. Это открытие меняет взгляд на фантомные боли. Ведь если мозг продолжает верить в существование конечности, то и сигналы боли воспринимаются как вполне реальные, даже если их физический источник исчез. К слову, мозг можно обмануть! Если человек
с одной рукой встанет перед зеркалом и внушит себе, что видит несуществующую, допустим, левую руку, фантомная боль может стихнуть.
с одной рукой встанет перед зеркалом и внушит себе, что видит несуществующую, допустим, левую руку, фантомная боль может стихнуть.
Пациент может описывать свои ощущения как жжение, покалывание, простреливание, пульсация, судорога, тянущая или ноющая боль...
Понимание того, что карта тела не обновляется, открывает новые пути для терапии фантомных болей и реабилитации пациентов. Если мозг “помнит” руку или ногу, значит, можно попробовать “подключиться” к этой памяти. Это может помочь
в создании более эффективных протезов с обратной сенсорной связью или технологий, позволяющих стимулировать конкретные зоны мозга, чтобы уменьшить боль. Исследователи также предполагают, что на основе этих данных можно будет вернуть людям утраченные ощущения — не просто движение, но и тактильные качества, текстуру предметов, температуру, форму. Это станет следующим шагом в развитии нейроинтерфейсов и медицинской нейротехнологии.
Авторы исследования отмечают, что теперь наука двигаться дальше - к детализации карты руки, различая кончики пальцев
и их основания, чтобы вернуть не только движения, но и богатство ощущений. Подводя итоги, можно сказать, что даже после утраты конечности мозг не перестраивается. Он продолжает хранить наше тело таким, каким оно было, словно ждёт, что связь однажды восстановится. Именно эта упорная память и становится причиной фантомных болей, но в будущем она может помочь нам создать более совершенные способы восстановления утраченной чувствительности.
в создании более эффективных протезов с обратной сенсорной связью или технологий, позволяющих стимулировать конкретные зоны мозга, чтобы уменьшить боль. Исследователи также предполагают, что на основе этих данных можно будет вернуть людям утраченные ощущения — не просто движение, но и тактильные качества, текстуру предметов, температуру, форму. Это станет следующим шагом в развитии нейроинтерфейсов и медицинской нейротехнологии.
Авторы исследования отмечают, что теперь наука двигаться дальше - к детализации карты руки, различая кончики пальцев
и их основания, чтобы вернуть не только движения, но и богатство ощущений. Подводя итоги, можно сказать, что даже после утраты конечности мозг не перестраивается. Он продолжает хранить наше тело таким, каким оно было, словно ждёт, что связь однажды восстановится. Именно эта упорная память и становится причиной фантомных болей, но в будущем она может помочь нам создать более совершенные способы восстановления утраченной чувствительности.