„Harta corporală” a creierului nu se schimbă: RMN-ul funcțional longitudinal arată stabilitatea reprezentărilor mâinii chiar și după amputare

Ideea clasică este că, dacă un braț este amputat, regiunea orfană a hărții corporale din cortexul somatosenzorial primar (S1) este rapid preluată de vecinii săi, în principal buzele și fața. O nouă lucrare publicată în Nature Neuroscience sparge acest tipar. Cercetătorii au urmărit longitudinal trei pacienți adulți, înainte și timp de până la cinci ani după amputare, și i-au comparat cu grupul de control. Harta mâinii din S1 și cortexul motor (M1) au rămas remarcabil de similare cu originalul și nu a existat nicio „expansiune” a regiunii buzelor în „mână”. Cu alte cuvinte, amputarea în sine nu declanșează o „reconectare” corticală la scară largă - adulții păstrează un model corporal intern stabil chiar și fără input periferic.

Contextul studiului

Imaginea clasică a somatotopiei (același „homunculus” al lui Penfield) a fost mult timp completată de teza „remapării” cortexului după amputare: se presupune că zona mâinii din cortexul somatosenzorial primar (S1) pierde rapid semnal și este „capturată” de proiecția vecină a feței/buzelor, iar gradul unei astfel de remapări este asociat cu durerea fantomă. Această idee a fost susținută de studii și analize transversale fMRI/MEG, precum și de observații clinice individuale ale „transferului” senzațiilor de la față la mâna fantomă. Însă baza de dovezi s-a bazat în principal pe comparații între diferite persoane și metode de tipul „câștigătorul ia totul”, sensibile la zgomot și la selecția pragului.

În ultimii ani, au apărut hărți mai precise care arată organizarea complexă și adesea stabilă a feței și mâinii în S1 la persoanele amputate: unele dintre semnalele luate pentru „invazia” buzelor pot fi un artefact al analizei, iar relația cu durerea fantomă este inconsistentă. Criticii au subliniat în mod specific metodologia „câștigătorul ia totul”, ROI-urile mici și lipsa de luare în considerare a mișcărilor fantomă și a influențelor de sus în jos. Abordările multivoxel și RSA oferă o imagine mai nuanțată, în care „captura” evidentă de către față nu este adesea vizibilă.

Un nou studiu longitudinal publicat în Nature Neuroscience acoperă principala diferență - o comparație „cu sine” înainte de amputare și cu lunile/anii după. La trei pacienți, autorii au comparat activările în timpul mișcărilor degetelor mâinii (înainte) și ale unei mâini „fantomă” (după), precum și ale buzelor; au existat, de asemenea, grupuri de control și o cohortă externă de amputare. Rezultat: hărțile mâinii și buzelor au rămas remarcabil de stabile și nu s-au găsit semne de „expansiune” a feței în mână; un decodor antrenat pe date „înainte” a recunoscut cu succes „după”. Concluzie - la adulți, reprezentările somatosenzoriale sunt susținute nu numai de input periferic, ci și de modele/intenții interne.

De aici și implicațiile practice și teoretice: interfețele creier-computer și protezele se pot baza pe „hărți” surprinzător de stabile ale membrului amputat, iar ipoteza „durere = remapare” necesită o revizuire în favoarea altor mecanisme ale durerii fantomă. Mai general, lucrarea schimbă echilibrul în dezbaterea de lungă durată despre plasticitate: somatotopia matură la oameni se dovedește a fi mult mai stabilă decât presupuneau cursurile de neuroștiințe.

Cum au verificat-o?

Autorii au folosit un design longitudinal: RMN-ul funcțional a fost înregistrat de la aceleași persoane înainte de operație și apoi la 3 luni, 6 luni și ulterior (1,5 sau 5 ani). În cadrul scanerului, participanții au fost instruiți să-și miște degetele (înainte de amputare) și degetele „fantomă” (după), să-și strângă buzele și să-și îndoiască degetele de la picioare.

• Eșantion și grup de control: 3 pacienți cu amputație electivă a membrului superior; 16 grup de control sănătos (cu scanări repetate); comparație suplimentară cu o cohortă de 26 de persoane cu amputații cronice (în medie 23,5 ani după amputație).
• Indicatori ai hărții: centre de greutate (COG) ale activității în S1, corelații pre/post model-corelație pentru fiecare deget, decodificarea mișcării liniare SVM (antrenament înainte de amputare → test după și invers), evaluarea penetrării buzelor în zona mâinii.
• Rezultate numerice cheie: corelațiile longitudinale ale modelelor deget-la-deget au fost ridicate (r≈0,68-0,91; p<0,001), precizia decodorului antrenat „înainte” a rămas peste șansă atunci când a fost testat „după” (≈67-90%), iar limitele „hărții buzelor” nu s-au extins în „zona mâinii” nici măcar cu 1,5-5 ani înainte.

De ce este important acest lucru pentru neuroștiințe și practica clinică?

Studiul arată că reprezentările „corpului” în S1 la adulți sunt susținute nu doar de semnale senzoriale periferice, ci și de influențe de sus în jos din partea intențiilor motorii și a modelelor interne. Acest lucru explică de ce încercarea de a mișca o mână „fantomă” provoacă o activitate similară cu cea a unei mâini normale și de ce studiile transversale anterioare ar fi putut supraestima „intruziunea” feței din cauza unei abordări de tipul „câștigătorul ia totul” care nu ia în considerare activitatea fantomă. Acestea sunt vești bune pentru interfețele creier-computer: o „hartă” detaliată și stabilă a unui membru amputat este potrivită pentru aplicații pe termen lung. Pentru terapia durerii fantomă, implicația este mai subtilă: intervențiile chirurgicale actuale și interfețele neuronale nu „restaurează” harta deoarece aceasta există deja; prin urmare, trebuie vizate alte mecanisme ale durerii.

Ce trebuie verificat în continuare

Autorii concluzionează cu grijă, dar direct: nu există dovezi ale „remodelării” somatotopiei S1 determinate de deficit după amputare la adulți; conservarea și reorganizarea nu se exclud reciproc din punct de vedere conceptual, dar „captura” amplă de către buze nu este vizibilă în măsurătorile longitudinale. Este important să se extindă eșantionul și să se standardizeze sarcinile:

• Extindeți intervalele de vârstă și N, testați viteza/limitele de conservare a cardului pentru diferite cauze de amputare și nivelurile de control motor preoperator.
• Adăugați markeri periferici obiectivi, inclusiv electromiografia bontului și neurostimularea, pentru a separa contribuțiile semnalelor descendente și periferice.
• Regândiți protocoalele de remapare de la analize de tip „câștigătorul ia totul” la analize longitudinale, multi-voxel și de clasificare care iau în considerare în mod explicit mișcarea fantomă.

Pe scurt - punctele principale

• Stabilitate în loc de „apucare”: Hărțile mâinii și buzelor din S1/M1 la adulți rămân poziționate stabil până la 5 ani după amputare.
• Fantoma nu este imaginație: încercările de a mișca degete „fantomă” produc modele statistic similare cu mișcările mâinii preoperatorii.
• Implicații: o bază robustă pentru protezele BCI; reconsiderarea conceptului de plasticitate determinată de deficit; noi ținte pentru terapia durerii fantomă.

Sursa: Schone HR și colab. „Hărți corticale stabile ale corpului înainte și după amputarea brațului”, Nature Neuroscience, 21 august 2025 (comunicare scurtă). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7