'Mapa tijela' mozga se ne pomiče: Longitudinalna fMRI pokazuje stabilnost reprezentacija ruku čak i nakon amputacije

Klasična ideja je da ako se ruka amputira, osiroćeno područje mape tijela u primarnom somatosenzornom korteksu (S1) brzo preuzimaju susjedi, prvenstveno usne i lice. Novi rad u časopisu Nature Neuroscience razbija taj kalup. Istraživači su longitudinalno pratili tri odrasla pacijenta, prije i do pet godina nakon amputacije, te ih usporedili s kontrolnom skupinom. Mapa ruke u S1 i motornom korteksu (M1) ostala je izrazito slična originalu, a nije došlo do "širenja" područja usne u "ruku". Drugim riječima, sama amputacija ne pokreće veliko kortikalno "preoblikovanje" - odrasli zadržavaju stabilan unutarnji model tijela čak i bez perifernog unosa.

Pozadina studije

Klasičnu sliku somatotopije (istog Penfieldovog "homunkula") dugo je nadopunjavala teza o "remappingu" korteksa nakon amputacije: navodno, zona ruke u primarnom somatosenzornom korteksu (S1) brzo gubi ulazne podatke i "zarobljava" je susjedna projekcija lica/usana, a stupanj takvog remappinga povezan je s fantomskom boli. Ovu ideju podržale su presječne fMRI/MEG studije i pregledi, kao i pojedinačna klinička opažanja "prijenosa" osjeta s lica na fantomsku ruku. No, baza dokaza oslanjala se uglavnom na usporedbe različitih ljudi i metode "pobjednik uzima sve", osjetljive na šum i odabir praga.

Posljednjih godina pojavile su se točnije karte koje pokazuju složenu i često stabilnu organizaciju lica i ruke u S1 kod amputiraca: neki od signala uzetih za "invaziju" usne mogu biti artefakt analize, a odnos s fantomskom boli je nedosljedan. Kritičari su posebno istaknuli metodologiju "pobjednik uzima sve", male ROI-je i nedostatak razmatranja fantomskih pokreta i utjecaja odozgo prema dolje. Viševokselni pristupi i RSA pružaju nijansiraniju sliku, gdje očito "zarobljavanje" licem često nije vidljivo.

Nova longitudinalna studija u časopisu Nature Neuroscience zatvara glavnu prazninu - usporedbom "sa samim sobom" prije amputacije i mjesecima/godinama nakon nje. Kod tri pacijenta autori su usporedili aktivacije tijekom pokreta prstiju ruke (prije) i "fantomske" ruke (poslije), kao i usana; postojale su i kontrolne skupine te vanjska kohorta s amputacijom. Rezultat: mape ruke i usana ostale su izuzetno stabilne i nisu pronađeni znakovi "širenja" lica u ruku; dekoder obučen na podacima "prije" uspješno je prepoznao "poslije". Zaključak - kod odraslih, somatosenzorne reprezentacije podržavaju ne samo periferni ulazni podaci, već i unutarnji modeli/namjere.

Stoga praktične i teorijske implikacije: sučelja mozak-računalo i proteze mogu se osloniti na iznenađujuće stabilne „mape“ amputiranog uda, a hipoteza „bol = remapiranje“ zahtijeva reviziju u korist drugih mehanizama fantomske boli. Općenito, rad pomiče ravnotežu u dugogodišnjoj raspravi o plastičnosti: zrela somatotopija kod ljudi pokazuje se mnogo stabilnijom nego što su pretpostavljali kolegiji iz neuroznanosti.

Kako su to provjerili?

Autori su koristili longitudinalni dizajn: fMRI je snimljen kod istih osoba prije operacije, a zatim nakon 3 mjeseca, 6 mjeseci i kasnije (1,5 ili 5 godina). U skeneru sudionici su dobili upute da pomiču prste (prije amputacije) i „fantomske“ prste (nakon), stisnu usne i saviju prste na nogama.

• Uzorak i kontrole: 3 pacijenta s elektivnom amputacijom gornjih udova; 16 zdravih kontrolnih ispitanika (s ponovljenim snimkama); dodatna usporedba s kohortom od 26 kroničnih amputiraca (prosječno 23,5 godina nakon amputacije).
• Metrike karte: težišta (COG) aktivnosti u S1, korelacije prije/poslije uzorka za korelaciju za svaki prst, linearno dekodiranje SVM pokreta (trening prije amputacije → test poslije i obrnuto), procjena prodiranja usne u područje ruke.
• Ključni numerički rezultati: longitudinalne korelacije uzoraka prstiju bile su visoke (r≈0,68-0,91; p<0,001), točnost dekodera obučenog „prije“ ostala je iznad slučajnosti pri testiranju „poslije“ (≈67-90%), a granice „mape usana“ nisu se proširile u „zonu ruke“ čak ni za 1,5-5 godina.

Zašto je ovo važno za neuroznanost i kliničku praksu?

Rad pokazuje da reprezentacije „tjelesa“ u S1 kod odraslih nisu podržane samo perifernim senzornim signalima, već i utjecajima odozgo prema dolje iz motoričkih namjera i unutarnjih modela. To objašnjava zašto pokušaj pomicanja „fantomske“ ruke izaziva aktivnost sličnu onoj normalne ruke i zašto su prethodne presječne studije možda precijenile „upad“ lica zbog pristupa „pobjednik uzima sve“ koji ne uzima u obzir fantomsku aktivnost. Ovo je dobra vijest za sučelja mozak-računalo: detaljna i stabilna „mapa“ amputiranog uda prikladna je za dugoročne primjene. Za terapiju fantomske boli, implikacija je suptilnija: trenutne operacije i neuronska sučelja ne „vraćaju“ mapu jer je ona već tu; stoga je potrebno ciljati druge mehanizme boli.

Što sljedeće provjeriti

Autori zaključuju pažljivo, ali izravno: nema dokaza o deficitom uzrokovanom "remodeliranju" S1 somatotopije nakon amputacije kod odraslih; očuvanje i reorganizacija nisu konceptualno međusobno isključive, ali veliko "hvatanje" usnama nije vidljivo u longitudinalnim mjerenjima. Važno je proširiti uzorak i standardizirati zadatke:

• Proširite N i dobne raspone, testirajte brzinu/granice očuvanja kartice za različite uzroke amputacije i preoperativne razine motoričke kontrole.
• Dodajte objektivne periferne markere, uključujući elektromiografiju panja i neurostimulaciju, kako biste odvojili doprinose silaznih i perifernih signala.
• Preispitajte protokole remapiranja od metode "pobjednik uzima sve" do longitudinalnih, viševokselnih i klasifikacijskih analiza koje eksplicitno uzimaju u obzir fantomsko kretanje.

Ukratko - glavne točke

• Stabilnost umjesto 'hvatanja': Mape ruku i usana u S1/M1 kod odraslih ostaju stabilno pozicionirane do 5 godina nakon amputacije.
• Fantom nije mašta: pokušaji pomicanja "fantomskih" prstiju proizvode obrasce statistički slične preoperativnim pokretima ruku.
• Implikacije: robusna osnova za BCI proteze; ponovno razmatranje koncepta plastičnosti uzrokovane deficitom; nove mete za terapiju fantomske boli.

Izvor: Schone HR i dr. „Stabilne kortikalne mape tijela prije i nakon amputacije ruke“, Nature Neuroscience, 21. kolovoza 2025. (Kratko priopćenje). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7