Zašto mozak pamti delove tela koji su amputirani

Štaviše, novo istraživanje objavljeno u časopisu Nejčr Neurosajens nudi dodatni obrt: čak i godinama nakon amputacije, mape šake u mozgu ostaju netaknute i aktivne. Drugim rečima, mozak i dalje "zna" da imate ruku, iako je odavno nema.

Istraživači su tokom projekta pratili tri žene, pacijentkinje koje su imale planirane amputacije ruku – na primer, zbog tumora ili ozbiljnih povreda. Njihovi mozgovi su skenirani funkcionalnom magnetnom rezonancom (fMRI) pre i posle operacije, a tokom skeniranja dobijali su jednostavne zadatke: da pokušaju da pomeraju prste na rukama, savijaju prste na nogama, stiskaju pesnice, pucaju usne, mršte se... Čak i nakon što su izgubili ruke, njihov somatosenzorni korteks (područje moždane kore odgovorno za osećaj dodira i položaja) nastavio je da pokazuje aktivaciju - kao da su prsti još uvek tu.

Jedna od pacijentkinja praćena je i snimana čak pet godina nakon amputacije, a njena "moždana mapa" ("kortikalna karta") amputirane ruke bila je i dalje prilično očuvana. To se pokazalo suprotnost od onoga što je dosad važilo kao dogma: da mozak relativno brzo "prepakuje" svoja područja, pa susedne regije – na primer lice ili usne – preuzimaju prazni prostor namenjen izgubljenom udu.

Fenomen fantomskog uda prvi je sistematski opisao američki hirurg Sajlas Vir Mičel nakon Američkog građanskog rata, kada je lečio vojnike sa amputiranim udovima. Danas je poznato da iskustvo potiče iz mozga: iako više nema nervnih signala iz izgubljenog uda, kortikalna mapa nastavlja da "radi", stvarajući utisak da ruka ili noga postoje.

Da bismo razumeli koncept mapa mozga treba detaljnije razjasniti. Na površini moždane kore postoje specijalizovana područja za svaki deo tela, i ovaj raspored nije slučajan već prati unutrašnju logiku raspodele nervnih vlakana. Primarni somatosenzorni korteks prima senzacije sa kože, mišića i zglobova, dok primarni motorni korteks kontroliše pokrete i koordinaciju kontrakcija.

Još pedesetih godina prošlog veka, kanadski neurohirurg Vajlder Penfild postao je poznat po
električnoj stimulaciji mozga tokom operacija mozga (koje je izvodio kao deo lečenja teških slučajeva epilepsije) i pitanju budnih pacijenata šta osećaju. Na osnovu njihovih odgovora, crtan je takozvani "kortikalni homunkulus"(čovečuljak) - groteskna figurica čoveka sa ogromnim usnama, jezikom i rukama, jer ovi delovi tela zauzimaju nesrazmerno najveći prostor u korteksu.

Homunkulus je postao simbol ideje da mozak ne prikazuje telo onako kako ga vidimo u ogledalu, već prema senzornom i motornom značaju pojedinih delova. Pošto postoje dve vrste korteksa, možemo razlikovati i dve vrste mapa: senzorna mapa je područje korteksa gde osećamo dodir, bol, temperaturu ili vibracije, tj. sve stimuluse koje beleže receptori na koži i u unutrašnjim organima, a motorna mapa je deo moždane kore koji kontroliše pokrete, od jednostavnih pokreta prstiju do složenih obrazaca kao što su govor ili sviranje instrumenta.

Vredi napomenuti da se senzorne i motorne mape ne preklapaju u svom anatomskom položaju na moždanoj kori, već deluju kao dve strane istog sistema. Informacija da je prst dodirnut odmah se upoređuje sa informacijom o tome koje mišiće treba aktivirati, a sve se to dešava brzinama merljivim u stotinkama sekunde. U slučaju amputacije, često se pretpostavlja da će obe mape vremenom oslabiti, a njihovo mesto će postepeno zauzeti susedni regioni. Međutim, nova istraživanja pokazuju da barem senzorna mapa ostaje stabilna mnogo duže nego što se ranije mislilo, što baca novo svetlo na otpornost i stabilnost neuronske organizacije moždane kore.

Otkriće takođe baca novo svetlo na koncept neuroplastičnosti. Iako mozak ima sposobnost da preoblikuje i menja sinaptičke mreže i veze neke mape izgleda ostaju čvrsto ukorenjene i veoma otporne na promene. Ovo može objasniti zašto je fantomski bol u amputiranom ekstremitetu toliko uporan: korteks deluje kao da ruka i dalje šalje signale, a njihov nedostatak se tumači kao nelagodnost ili bol. Kada se neuronski krugovi uspostave, oni stvaraju stabilne obrasce koji mogu trajati decenijama, čak i doživotno, uprkos gubitku perifernog unosa.

Dodatni značaj je što ovo istraživanje menja način na koji posmatramo fleksibilnost mozga. Popularna nauka često prikazuje mozak kao izuzetno "mekan" i prilagodljiv organ koji se stalno remodelira, ali ovi nalazi pokazuju da su neke strukture i obrasci iznenađujuće nepromenljivi. Takva stabilnost ima i prednosti i mane: s jedne strane, otežava adaptaciju na fizičke gubitke, a s druge strane, pruža čvrst temelj na kome se može graditi razvoj modernih neuroprotetskih tehnologija. U krajnjoj liniji, razumevanje ravnoteže između plastičnosti i stabilnosti postaje ključno za buduće terapije i za optimistične vizije fuzije čoveka i mašine.

Tek kada je bionička tehnologija uključena u sve do sada opisano, dolazimo do najzanimljivijeg dela: ako mozak i dalje ima sačuvanu mapu amputiranog uda, to znači da bi se ova mapa mogla koristiti za neuroprotetiku i kao osnova za precizniji interfejs između našeg nervnog sistema i mašine. Današnje bioničke ruke i noge sve više pokušavaju da rade u zatvorenoj neuronskoj petlji - gde korisnik ne samo da kontroliše svoje pokrete mislima, već i oseća povratne informacije od veštačkog uda. Takvi sistemi uključuju složene algoritme koji prevode moždane signale u komande za protezu i istovremeno vraćaju informacije o pritisku, temperaturi ili položaju prsta. Ovo stvara prirodniji osećaj korišćenja, a pacijenti mogu brže steći kontrolu nad protezom.

Problem je, donedavno, bio u tome što se smatralo da je "prostor" u mozgu prazan ili prenamenjen i da ga je potrebno ponovo obučiti kroz dugoročne vežbe rehabilitacije. Nova istraživanja sugerišu suprotno: mapa je već tu, samo čeka da se uključi, otvarajući vrata bržem i lakšem povezivanju sa tehnologijom. To bi takođe moglo da znači da će buduće generacije neuroprostetskih sistema manje zavisiti od dugog učenja i adaptacije, a više od kvaliteta i preciznosti tehničke veze sa mozgom.

Jedna od najvećih nada moderne neuroprostetike je da će sistemi zatvorene petlje smanjiti ili eliminisati fantomski bol: ako mozak konačno primi smislen signal od "uda" – čak i veštačkog – iluzija gubitka bi mogla da prestane, a bol bi mogao da oslabi i nestane. Rad na bioničkoj budućnosti

Trenutno postoji nekoliko veoma različitih igrača koji rade u oblasti bionskih ruku i nogu. Godinama američka agencija DARPA finansira razvoj sofisticiranih proteza koje, putem elektroda povezanih sa živcima, mogu da vrate osećaj dodira, gotovo kao da je prirodan.

Na drugom kraju spektra su kompanije poput Neuralink, Synchron i Blackrock Neurotech, koje imaju za cilj direktno povezivanje moždane kore sa računarima, sa ciljem postizanja direktne veze između moždane kore i računara (BCI, Brejn-Kompjuter Interfejs), otvarajući prostor za ranije nezamislivu preciznu komunikaciju između mozga i mašine.

Istovremeno, brojne manje kompanije i startapovi širom sveta eksperimentišu sa prototipovima veštačkih udova koji šalju podatke o opterećenju, vibracijama ili čak temperaturi, kako bi korisnicima omogućili da prirodnije dožive svoje telo. Ako se kortikalne mape zaista sačuvaju, svi ovi projekti bi mogli dobiti snažan podsticaj jer više ne moraju da grade temelje od nule, već se mogu povezati sa postojećom "arhitekturom mozga". Ovo značajno skraćuje put od laboratorijskih prototipova do medicinskih primena i povećava verovatnoću da će tehnologija zaista postati korisna u svakodnevnom životu.

Na kraju krajeva, takva otkrića postavljaju pitanje gde se čovek završava, a tehnologija počinje: ako mozak ima sačuvanu mapu izgubljenog dela tela koju mašine mogu zameniti, da li je veštačka ruka manje "stvarna" od biološke? Ili je samo drugačije "otelovljena"? Najtačniji odgovor može ležati u samoj neuronauci: mozak ne pita odakle dolazi signal, već ga tumači u okviru postojeće mape neuronske topografije. Ako ta mapa ostane sačuvana, sve što preostaje jeste da se praznina pravilno popuni – u početku bionskim uređajem, a možda jednog dana i pravom biološkom kopijom izgubljenog dela tela.

Glas javnosti /S04S