„Картата на тялото“ на мозъка не се измества: Надлъжната fMRI показва стабилност на представянето на ръцете дори след ампутация

Класическата идея е, че ако ръката бъде ампутирана, осиротелият регион на картата на тялото в първичната соматосензорна кора (S1) бързо се заема от съседите си, предимно устните и лицето. Нова статия в Nature Neuroscience разбива тази стереотипна картина. Изследователите са проследили трима възрастни пациенти надлъжно, преди и до пет години след ампутацията, и са ги сравнили с контролната група. Картата на ръката в S1 и моторната кора (M1) е останала забележително подобна на оригиналната и не е имало „разширяване“ на областта на устните в „ръката“. С други думи, самата ампутация не предизвиква мащабно кортикално „пренавиване“ – възрастните запазват стабилен вътрешен модел на тялото дори без периферен вход.

Предистория на изследването

Класическата картина на соматотопията (същият този „хомункулус“ на Пенфийлд) дълго време беше допълвана от тезата за „пренасочване“ на кората след ампутация: предполага се, че зоната на ръката в първичната соматосензорна кора (S1) бързо губи входни сигнали и се „захваща“ от съседната проекция на лицето/усните, а степента на такова пренасочване е свързана с фантомна болка. Тази идея беше подкрепена от напречни fMRI/MEG проучвания и прегледи, както и от индивидуални клинични наблюдения на „прехвърлянето“ на усещанията от лицето към фантомната ръка. Но доказателствената база се основаваше главно на сравнения на различни хора и методи „победителят взема всичко“, чувствителни към шум и прагов подбор.

През последните години се появиха по-точни карти, които показват сложната и често стабилна организация на лицето и ръката в S1 при ампутирани: някои от сигналите, взети за „инвазия“ на устните, може да са артефакт от анализа, а връзката с фантомната болка е непоследователна. Критиците посочват конкретно методологията „победителят взема всичко“, малките възвръщаемости на инвестициите и липсата на отчитане на фантомните движения и влиянията отгоре надолу. Многовокселните подходи и RSA предоставят по-нюансирана картина, където очевидното „улавяне“ от лицето често не се вижда.

Ново лонгитудинално проучване в Nature Neuroscience запълва основната празнина - сравнение „със себе си“ преди ампутация и месеци/години след това. При трима пациенти авторите сравняват активациите по време на движения на пръстите на ръката (преди) и „фантомна“ ръка (след), както и на устните; има и контролни групи и външна кохорта с ампутация. Резултат: картите на ръцете и устните остават забележително стабилни и не са открити признаци на „разширяване“ на лицето в ръката; декодер, обучен на данни „преди“, успешно разпознава „след“. Заключение - при възрастни соматосензорните репрезентации се поддържат не само от периферен вход, но и от вътрешни модели/намерения.

Оттук и практическите и теоретичните последици: интерфейсите мозък-компютър и протезите могат да разчитат на изненадващо стабилни „карти“ на ампутирания крайник, а хипотезата за „болка = пренасочване“ изисква преразглеждане в полза на други механизми на фантомната болка. В по-общ план, работата измества баланса в дългогодишния дебат за пластичността: зрялата соматотопия при хората се оказва много по-стабилна, отколкото се предполага в курсовете по неврология.

Как са го проверили?

Авторите са използвали лонгитудинален дизайн: fMRI е записан от едни и същи хора преди операцията, а след това на 3 месеца, 6 месеца и по-късни точки (1,5 или 5 години). В скенера участниците са били инструктирани да движат пръстите си (преди ампутацията) и „фантомните“ пръсти (след), да свият устни и да свият пръстите на краката си.

• Извадка и контроли: 3 пациенти с планова ампутация на горен крайник; 16 здрави контроли (с повторни сканирания); допълнително сравнение с кохорта от 26 хронично ампутирани (средно 23,5 години след ампутацията).
• Метрики на картата: центрове на тежестта (COG) на активността в S1, корелации преди/след модел-към-корелация за всеки пръст, линейно декодиране на движение на SVM (обучение преди ампутация → тест след и обратно), оценка на проникването на устните в областта на ръката.
• Ключови числени резултати: надлъжните корелации на моделите от пръст до пръст бяха високи (r≈0,68-0,91; p<0,001), точността на декодера, обучен „преди“, остана над случайността при тестване „след“ (≈67-90%), а границите на „картата на устните“ не се разшириха в „зоната на ръката“ дори с 1,5-5 години.

Защо това е важно за невронауката и клиничната практика?

Работата показва, че „телесните“ представи в S1 при възрастни се поддържат не само от периферни сензорни сигнали, но и от влияния отгоре надолу от двигателни намерения и вътрешни модели. Това обяснява защо опитът за движение на „фантомна“ ръка предизвиква активност, подобна на тази на нормална ръка, и защо предишни проучвания с напречно сечение може да са надценили „нахлуването“ на лицето поради подход „победителят взема всичко“, който не отчита фантомната активност. Това е добра новина за интерфейсите мозък-компютър: подробна и стабилна „карта“ на ампутиран крайник е подходяща за дългосрочни приложения. За терапията с фантомна болка значението е по-фини: настоящите операции и невронните интерфейси не „възстановяват“ картата, защото тя вече е налице; следователно трябва да се таргетират други механизми на болката.

Какво да проверите след това

Авторите заключават внимателно, но директно: няма доказателства за дефицитно обусловено „ремоделиране“ на S1 соматотопията след ампутация при възрастни; запазването и реорганизацията не са концептуално взаимно изключващи се, но голямото „улавяне“ от устните не се вижда при надлъжни измервания. Важно е да се разшири извадката и да се стандартизират задачите:

• Разширете N и възрастовите диапазони, тествайте скоростта/границите на запазване на картата за различни причини за ампутация и предоперативни нива на двигателен контрол.
• Добавете обективни периферни маркери, включително електромиография на пънчето и невростимулация, за да разделите приноса на низходящите и периферните сигнали.
• Преосмислете протоколите за пренасочване от „победителят взема всичко“ към надлъжни, многовокселни и класификационни анализи, които изрично отчитат фантомното движение.

Накратко - основните моменти

• Стабилност вместо „хващане“: Картите на ръцете и устните в S1/M1 при възрастни остават стабилно позиционирани до 5 години след ампутацията.
• Фантомът не е въображение: опитите за движение на „фантомните“ пръсти водят до модели, статистически подобни на движенията на ръцете преди операцията.
• Последици: солидна основа за протези на BCI; преосмисляне на концепцията за пластичност, обусловена от дефицит; нови цели за терапия на фантомна болка.

Източник: Schone HR et al. „Стабилни кортикални телесни карти преди и след ампутация на ръката“, Nature Neuroscience, 21 август 2025 г. (Кратко съобщение). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7