Kończyny fantomowe i mózgi przebudowane

Widmowe ręce, nogi, palce u rąk i nóg: pozornie materiał z horrorów. Jednak dla prawie 70 procent z 4 milionów osób po amputacji w Stanach Zjednoczonych żywe odczucia w brakujących częściach ciała – takie jak ucisk, mrowienie, ciepło, zimno i ból, które mogą być zarówno stałe, jak i rozdzierające – są aż nazbyt realne.

Kończyny fantomowe od lat intrygują naukowców. Jednak ostatnie badania rzuciły światło na możliwe mechanizmy leżące u podstaw tego zjawiska, w tym dowody na to, że neurony w mózgu, które otrzymują dane z kończyny, mogą się przebudować, aby po amputacji kończyny szukać informacji z innych źródeł. Odkrycia te podważają odwieczne przekonanie, że mózg jest niezmienny po pewnym wieku i prowadzą naukowców do opracowania nowych terapii dla ofiar bólu kończyn fantomowych i niektórych urazów rdzenia kręgowego.

Ta historia była częścią naszego wydania ze stycznia 1997 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Przez lata psychologowie przypisywali doznania w kończynach fantomowych spełnieniu życzeń, stanowi to czysto psychologiczny stan. Następnie, w 1984 roku, zespół kierowany przez Michaela Merzenicha, neurologa z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco, przeprowadził eksperymenty, które zaczęły wyjaśniać, że kończyny fantomowe to prawdziwa reakcja fizjologiczna. Merzenich i jego koledzy najpierw amputowali środkowe palce grupie dorosłych małp-sowich, a później stymulowali palce na dłoni każdej małpy, które sąsiadowały z kikutem po amputacji.

Umieszczając mikroelektrody, które wykrywają zmiany elektrochemiczne w aktywnym odpalaniu neuronów, w różnych obszarach mózgów małp, Merzenich odkrył, że obszar kory, który pierwotnie był aktywowany w odpowiedzi na stymulację amputowanego palca, był teraz wyzwalany za każdym razem, gdy dotykał dwóch sąsiednich palce. Neurony nie reagowały na stymulację tych palców przed amputacją.

W 1991 roku Timothy Pons, neurolog z Laboratorium Neuropsychologii w Narodowym Instytucie Zdrowia Psychicznego, rozwinął odkrycia Merzenicha. Pracując z dorosłymi makakami, Pons i jego koledzy deaferentowali lub przecinali nerwy, które przekazywały informacje czuciowe między korą a ramieniem, przedramieniem, dłonią i tyłem głowy. Zespół następnie stymulował różne części ciała i odkrył, że część kory, która wcześniej reagowała na ramię i tył głowy, teraz reagowała na stymulację twarzy. Pons uważa, że ​​podobnie jak bluszcz porastający nagą cegłę, otaczające neurony zaatakowały odłogiem obszar korowy odpowiadający deaferentowanym kończynom, umożliwiając im reagowanie na stymulację z innych części ciała.

Próby na ludziach

W następnym roku Vilayanur Ramachandran, neurolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, przeprowadził eksperymenty na ludziach, którym amputowano rękę lub palec. Zawiązując oczy swoim pacjentom, wywierał nacisk na różne części ich ciał. Potwierdzając wyniki Ponsa, Ramachandran odkrył kilka osób, które zgłosiły, że nacisk wywierany na twarz wydawał się pochodzić zarówno z twarzy, jak i z fantomowej ręki.

Ramachandran mówi, że to odkrycie miało sens, ponieważ obszar korowy odpowiadający niegdyś ramieniu znajdował się obok obszaru odpowiadającego twarzy. I tak jak ludzie stojący obok stołków barowych w zatłoczonym barze najprawdopodobniej dostaną te miejsca, gdy ludzie wyjdą, neurony znajdujące się w pobliżu obszaru, który nie otrzymuje już informacji, mają najlepszą okazję, aby się do niego wprowadzić.

Ramachandran doszedł do wniosku, że ból związany z kończynami fantomowymi może wystąpić, gdy neurony przemieszczają się do nowych obszarów, ale wykonują błędną pracę polegającą na ponownym łączeniu się. Błędy w ponownym mapowaniu korowym, takie jak krzyżowe połączenie dotyku i bólu, mogą tłumaczyć ból, powiedzmy, w fantomowym ramieniu, który powstaje w wyniku łagodnego dotyku na twarzy.

Badania na ludziach wykazały również, że reorganizacja korowa zachodzi szybciej niż wcześniej przypuszczano. Podczas gdy Pons badał naczelne, które były pozbawione aferentacji przez 11 lat, Ramachandran znalazł podobne dowody u ludzi, których kończyny amputowano zaledwie cztery tygodnie przed eksperymentami.
Pojęcie odrastania neuronów i reorganizacji kory reprezentuje radykalną zmianę w sposobie, w jaki naukowcy postrzegają mózg. Historycznie uważano, że istnieje krytyczne okno możliwości podczas rozwoju, gdy mózg jest okablowany, mówi Pons. Teraz, jak mówi, wydaje się, że mózg wykazuje przez całe życie zaskakującą plastyczność.

Potencjalne terapie

Taka plastyczność może być kluczem do potencjalnych terapii nie tylko bólu kończyn fantomowych, ale także innych schorzeń ośrodkowego układu nerwowego, w tym urazów rdzenia kręgowego, w których stan zapalny lub ciśnienie blokują drogi nerwowe. W rzeczywistości w ciągu ostatnich kilku miesięcy Pons i jego kolega David Good, dyrektor Bowman Gray School of Medicine Rehabilitation Center na Wake Forest University w Północnej Karolinie, obserwowali pacjentów z urazami rdzenia kręgowego, porównując stopień wyzdrowienia do ilość reorganizacji korowej mierzona za pomocą skanów MRI.

Zgodnie z oczekiwaniami naukowcy odkryli, że ci, którzy doświadczyli najmniejszej reorganizacji, mieli również najpełniejszy powrót do zdrowia. Jeśli neurony się nie reorganizują, wyjaśnia Pons, to gdy wszystko w rdzeniu kręgowym wróci do normy, kora pozostanie niezmieniona i będzie mogła funkcjonować z rdzeniem kręgowym tak jak kiedyś.

Pons i Good uważają, że sztuczne zapobieganie reorganizacji korowej może w ten sposób pomóc pacjentom wyzdrowieć po takich urazach rdzenia kręgowego, chociaż ostrzegają, że podejście to byłoby bezużyteczne w przypadkach, gdy rdzeń kręgowy jest rzeczywiście przecięty. Jedno z podejść do blokowania reorganizacji kory, które badają naukowcy, obejmuje zastosowanie DAP-V, leku hamującego aktywność elektrochemiczną glutaminianu, neuroprzekaźnika w mózgu.

Zwykle glutaminian umożliwia komunikację między neuronami, gdy przekazują sobie nawzajem komunikaty elektrochemiczne z zewnętrznego bodźca, takiego jak uderzenie w rękę, aż do mózgu. Podobnie, po urazie rdzenia kręgowego lub amputacji, kiedy neurony nagle przestają otrzymywać sygnały wejściowe od sąsiadów, glutaminian umożliwia opuszczonym neuronom połączenie z innymi neuronami, które zapewnią im stymulację, tym samym wzmacniając reorganizację korową.

Pons i Good twierdzą, że wiązanie receptorów glutaminianu z DAP-V uniemożliwi komunikację neuron-neuron, tak że opuszczone neurony, które nie komunikują się już ze swoimi wieloletnimi partnerami, nie będą w stanie komunikować się z żadnym potencjalnym nowym partnerem , zarówno. Dlatego naukowcy są przekonani, że neurony pozostaną przywiązane do swoich partnerów. A kiedy zniknie blokada rdzenia kręgowego, pierwotne połączenia i funkcje korowe pozostaną nienaruszone.

Wreszcie, ponieważ reorganizacja korowa, która ma miejsce po amputacji, jest tak podobna do reorganizacji, która ma miejsce po urazach rdzenia kręgowego, Pons ma nadzieję, że środek farmakologiczny, taki jak DAP-V, który zapobiega reorganizacji neuronalnej w korze, może również pomóc w zapobieganiu kończynom fantomowym. ból u osób po amputacji. Naukowcy ostrzegają jednak, że badania te są w powijakach i muszą jeszcze zająć się podstawowymi kwestiami, takimi jak sposób podawania leku i czy można go podawać przez krótki okres po amputacji, czy też należy go podawać bez końca.

ukryć