„Mapa tela“ mozgu sa nemení: Pozdĺžna fMRI ukazuje stabilitu reprezentácií rúk aj po amputácii

Klasická myšlienka je, že ak je ruka amputovaná, osirelá oblasť mapy tela v primárnej somatosenzorickej kôre (S1) je rýchlo prevzatá jej susedmi, predovšetkým perami a tvárou. Nový článok v časopise Nature Neuroscience túto stereotypizáciu narúša. Výskumníci sledovali troch dospelých pacientov longitudinálne, pred amputáciou a až päť rokov po nej, a porovnávali ich s kontrolnou skupinou. Mapa ruky v S1 a motorickej kôre (M1) zostala pozoruhodne podobná originálu a nedošlo k žiadnemu „rozšíreniu“ oblasti pier do „ruky“. Inými slovami, samotná amputácia nespúšťa rozsiahle kortikálne „prepojenie“ – dospelí si zachovávajú stabilný vnútorný model tela aj bez periférneho vstupu.

Pozadie štúdie

Klasický obraz somatotopie (ten istý Penfieldov „homunkulus“) bol dlho dopĺňaný tézou o „premapovaní“ kortexu po amputácii: údajne zóna ruky v primárnom somatosenzorickom kortexe (S1) rýchlo stráca vstup a je „zachytená“ susednou projekciou tváre/pier a stupeň takéhoto premapovania je spojený s fantómovou bolesťou. Túto myšlienku podporili prierezové štúdie a prehľady fMRI/MEG, ako aj individuálne klinické pozorovania „prenosu“ pocitov z tváre na fantómovú ruku. Dôkazová základňa sa však opierala najmä o porovnania rôznych ľudí a metódy „víťaz berie všetko“, citlivé na šum a výber prahu.

V posledných rokoch sa objavili presnejšie mapy, ktoré ukazujú komplexnú a často stabilnú organizáciu tváre a ruky v S1 u amputovaných: niektoré signály zaznamenané pri „invázii“ pier môžu byť artefaktom analýzy a vzťah s fantómovou bolesťou je nekonzistentný. Kritici poukazujú najmä na metodiku „víťaz berie všetko“, malé návratnosti investícií a nedostatočné zohľadnenie fantómových pohybov a vplyvov zhora nadol. Multivoxelové prístupy a RSA poskytujú podrobnejší obraz, kde zjavné „zachytenie“ tvárou často nie je viditeľné.

Nová longitudinálna štúdia v časopise Nature Neuroscience uzatvára hlavnú medzeru – porovnanie „so sebou samým“ pred amputáciou a mesiace/roky po nej. U troch pacientov autori porovnávali aktivácie počas pohybov prstov ruky (pred) a „fantómovej“ ruky (po), ako aj pier; boli tam aj kontrolné skupiny a externá kohorta s amputáciou. Výsledok: mapy ruky a pier zostali pozoruhodne stabilné a neboli zistené žiadne známky „rozšírenia“ tváre do ruky; dekodér trénovaný na údajoch „pred“ úspešne rozpoznal „po“. Záver – u dospelých sú somatosenzorické reprezentácie podporované nielen periférnym vstupom, ale aj vnútornými modelmi/zámermi.

Preto praktické a teoretické dôsledky: rozhrania mozog-počítač a protézy sa môžu spoliehať na prekvapivo stabilné „mapy“ amputovanej končatiny a hypotéza „bolesť = premapovanie“ si vyžaduje revíziu v prospech iných mechanizmov fantómovej bolesti. Vo všeobecnosti táto práca posúva rovnováhu v dlhotrvajúcej debate o plasticite: zrelá somatotopia u ľudí sa ukazuje byť oveľa stabilnejšia, ako predpokladali neurovedné kurzy.

Ako to skontrolovali?

Autori použili longitudinálny dizajn: fMRI bola zaznamenaná u tých istých ľudí pred operáciou a potom po 3 mesiacoch, 6 mesiacoch a neskôr (1,5 alebo 5 rokov). V skeneri boli účastníci inštruovaní, aby hýbali prstami (pred amputáciou) a „fantómovými“ prstami (po), stiahli pery a ohli prsty na nohách.

• Vzorka a kontrolná skupina: 3 pacienti s plánovanou amputáciou hornej končatiny; 16 zdravých kontrolných skupín (s opakovanými vyšetreniami); dodatočné porovnanie s kohortou 26 chronicky amputovaných pacientov (priemerne 23,5 roka po amputácii).
• Metriky mapy: ťažiská (COG) aktivity v S1, korelácie vzorov pre koreláciu pred/po amputácii pre každý prst, dekódovanie lineárneho pohybu SVM (tréning pred amputáciou → test po a naopak), hodnotenie penetrácie pier do oblasti ruky.
• Kľúčové numerické výsledky: longitudinálne korelácie vzorov medzi prstami boli vysoké (r≈0,68 – 0,91; p < 0,001), presnosť dekodéra trénovaného „pred“ zostala nad náhodou pri testovaní „po“ (≈67 – 90 %) a hranice „mapy pier“ sa nerozšírili do „zóny ruky“ ani po 1,5 – 5 rokoch.

Prečo je to dôležité pre neurovedu a klinickú prax?

Práca ukazuje, že reprezentácie „tela“ v S1 u dospelých sú podporované nielen periférnymi senzorickými signálmi, ale aj vplyvmi zhora nadol z motorických zámerov a interných modelov. To vysvetľuje, prečo pokus o pohyb „fantómovej“ ruky vyvoláva aktivitu podobnú aktivite normálnej ruky a prečo predchádzajúce prierezové štúdie mohli nadhodnotiť „narušenie“ tváre v dôsledku prístupu „víťaz berie všetko“, ktorý nezohľadňuje fantómovú aktivitu. Toto je dobrá správa pre rozhrania mozog-počítač: podrobná a stabilná „mapa“ amputovanej končatiny je vhodná pre dlhodobé aplikácie. Pre terapiu fantómovej bolesti je dôsledkom jemnejší význam: súčasné operácie a neurónové rozhrania „neobnovujú“ mapu, pretože už existuje; preto je potrebné zamerať sa na iné mechanizmy bolesti.

Čo skontrolovať ďalej

Autori opatrne, ale priamočiaro uzatvárajú: neexistujú dôkazy o deficitom vyvolanej „remodelácii“ somatotopie S1 po amputácii u dospelých; zachovanie a reorganizácia sa koncepčne navzájom nevylučujú, ale rozsiahle „zachytenie“ perami nie je pri longitudinálnych meraniach viditeľné. Je dôležité rozšíriť vzorku a štandardizovať úlohy:

• Rozšírte N a vekové rozsahy, otestujte rýchlosť/limity uchovania karty pre rôzne príčiny amputácie a predoperačné úrovne motorickej kontroly.
• Pridajte objektívne periférne markery vrátane elektromyografie pahýľa a neurostimulácie, aby ste oddelili príspevky zostupných a periférnych signálov.
• Prehodnoťte protokoly premapovania z metódy „víťaz berie všetko“ na longitudinálne, multivoxelové a klasifikačné analýzy, ktoré explicitne zohľadňujú fantomový pohyb.

Stručne - hlavné body

• Stabilita namiesto „uchopenia“: Mapy rúk a pier v S1/M1 u dospelých zostávajú stabilne umiestnené až 5 rokov po amputácii.
• Fantóm nie je predstavivosť: pokusy o pohyb „fantómových“ prstov vytvárajú vzorce štatisticky podobné predoperačným pohybom rúk.
• Dôsledky: robustný základ pre protetiku BCI; prehodnotenie konceptu plasticity riadenej deficitom; nové ciele pre terapiu fantómovej bolesti.

Zdroj: Schone HR a kol. „Stabilné kortikálne mapy tela pred a po amputácii ruky“, Nature Neuroscience, 21. augusta 2025 (Stručné oznámenie). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7