Az agy „testtérképe” nem tolódik el: A longitudinális fMRI amputáció után is stabilitást mutat a kézábrázolásokban

A klasszikus elképzelés az, hogy ha egy kart amputálnak, az elsődleges szomatoszenzoros kéregben (S1) található árva testtérkép régiót gyorsan átveszik a szomszédos régiók, elsősorban az ajkak és az arc. A Nature Neuroscience folyóiratban megjelent új tanulmány ezt a megszokott módszert áttöri. A kutatók három felnőtt beteget követtek nyomon longitudinálisan, az amputáció előtt és utána akár öt évig, és összehasonlították őket a kontrollcsoporttal. Az S1-ben található kéztérkép és a motoros kéreg (M1) figyelemre méltóan hasonló maradt az eredetihez, és az ajak régiójának nem volt „kiterjedése” a „kéz” felé. Más szóval, maga az amputáció nem indít el nagymértékű kérgi „áthuzalozást” – a felnőttek perifériás bemenet nélkül is stabil belső testmodellt tartanak fenn.

A tanulmány háttere

A szomatotópia klasszikus képét (ugyanazt a Penfield-féle „homunculust”) sokáig kiegészítette az amputáció utáni kéreg „újraleképezésének” tézise: állítólag az elsődleges szomatoszenzoros kéregben (S1) található kézzóna gyorsan elveszíti a bemenetet, és az arc/ajak szomszédos vetülete „elfogja”, és az ilyen újraleképezés mértéke fantomfájdalommal jár. Ezt az elképzelést keresztmetszeti fMRI/MEG vizsgálatok és áttekintések, valamint az érzetek arcról fantomkézre történő „átvitelének” egyéni klinikai megfigyelései is alátámasztották. A bizonyítékok azonban főként különböző emberek összehasonlításán és a zajra és küszöbérték-kiválasztásra érzékeny „győztes mindent visz” módszereken alapultak.

Az utóbbi években pontosabb térképek jelentek meg, amelyek az amputált betegek arcának és kézének összetett és gyakran stabil szerveződését mutatják be az S1 fázisban: az ajak"inváziójára" utaló jelek némelyike az elemzés műterméke lehet, és a fantomfájdalommal való kapcsolatuk nem következetes. A kritikusok kifejezetten a "győztes mindent visz" módszertanra, a kis megtérülési rátákra, valamint a fantommozgások és a felülről lefelé irányuló hatások figyelmen kívül hagyására mutattak rá. A multivoxel megközelítések és az RSA árnyaltabb képet adnak, ahol az arc általi nyilvánvaló "befogás" gyakran nem látható.

Egy új longitudinális vizsgálat, amely a Nature Neuroscience folyóiratban jelent meg, áthidalja a fő hiányosságot – az amputáció előtti és utána hónapokkal/évekkel történő összehasonlítást „önmagunkkal”. Három beteg esetében a szerzők összehasonlították a kéz (előtte) és egy „fantom” kéz (utána) ujjmozgásai során fellépő aktivációkat, valamint az ajkak aktivációit; kontrollcsoportok és egy külső amputációs kohorsz is szerepelt. Eredmény: a kéz- és ajaktérképek figyelemre méltóan stabilak maradtak, és nem találtak az arc kézbe való „kiterjedésének” jeleit; egy „előtte” adatokon betanított dekóder sikeresen felismerte az „utána” állapotot. Következtetés – felnőtteknél a szomatoszenzoros reprezentációkat nemcsak a perifériás bemenet, hanem a belső modellek/szándékok is támogatják.

Innen erednek a gyakorlati és elméleti következmények: az agy-számítógép interfészek és a protézisek meglepően stabil „térképekre” támaszkodhatnak az amputált végtagról, és a „fájdalom = újratérképezés” hipotézist felül kell vizsgálni a fantomfájdalom más mechanizmusai javára. Általánosabban fogalmazva, a munka megváltoztatja az egyensúlyt a plaszticitásról szóló régóta fennálló vitában: az érett szomatotópia az emberekben sokkal stabilabbnak bizonyul, mint azt az idegtudományi kurzusok feltételezték.

Hogyan ellenőrizték?

A szerzők longitudinális vizsgálati elrendezést alkalmaztak: ugyanazon személyektől fMRI felvételeket készítettek a műtét előtt, majd 3 hónappal, 6 hónappal és később (1,5 vagy 5 év). A szkennerben a résztvevőket arra kérték, hogy mozgassák az ujjaikat (amputáció előtt) és a „fantom” ujjaikat (utána), csücsörítsék az ajkukat és hajlítsák be a lábujjaikat.

• Minta és kontrollcsoport: 3 felső végtagi amputáción átesett beteg; 16 egészséges kontrollcsoport (ismételt vizsgálatokkal); további összehasonlítás 26 krónikus amputáltból álló kohorszcsoporttal (átlagosan 23,5 évvel az amputáció után).
• Térképmetrikák: az aktivitás súlypontjai (COG) az S1-ben, az egyes ujjak előtti/utáni mintázat-korreláció korrelációi, lineáris SVM mozgásdekódolás (amputáció előtti képzés → amputáció utáni teszt és fordítva), az ajak kéztájékba való behatolásának értékelése.
• Főbb numerikus eredmények: az ujj-ujj mintázatok longitudinális korrelációi magasak voltak (r≈0,68-0,91; p<0,001), az „előtte” betanított dekóder pontossága az „utána” tesztelés során is a véletlen felett maradt (≈67-90%), és az „ajaktérkép” határai még 1,5-5 évvel sem terjedtek ki a „kézzónába”.

Miért fontos ez az idegtudomány és a klinikai gyakorlat számára?

A munka azt mutatja, hogy a felnőttek első féltekéjében a „test” reprezentációkat nemcsak a perifériás érzékszervi jelek, hanem a motoros szándékok és a belső modellek felülről lefelé irányuló hatásai is alátámasztják. Ez magyarázza, hogy egy „fantom” kéz mozgatására tett kísérlet miért vált ki hasonló aktivitást, mint egy normál kéz, és hogy a korábbi keresztmetszeti vizsgálatok miért becsülhették túl az arc „behatolását” a „győztes mindent visz” megközelítés miatt, amely nem veszi figyelembe a fantom aktivitást. Ez jó hír az agy-számítógép interfészek számára: egy amputált végtag részletes és stabil „térképe” alkalmas hosszú távú alkalmazásokra. A fantom fájdalomterápia esetében a következménye árnyaltabb: a jelenlegi műtétek és neurális interfészek nem „állítják vissza” a térképet, mert az már ott van; ezért más fájdalommechanizmusokat kell megcélozni.

Mit kell legközelebb ellenőrizni

A szerzők gondosan, de közvetlenül a következő következtetésre jutnak: felnőtteknél amputáció után nincs bizonyíték az S1 szomatotópia deficitvezérelt „átalakulására”; a megőrzés és az átszervezés fogalmilag nem zárja ki egymást, de a longitudinális mérésekben nem látható nagymértékű ajkak általi „befogás”. Fontos a minta bővítése és a feladatok szabványosítása:

• Bővítse az N és a korhatár-tartományokat, tesztelje a kártyamegőrzés sebességét/korlátait különböző amputációs okok esetén, valamint a műtét előtti motoros kontrollszinteket.
• Objektív perifériás markerek, például csonkelektromiográfia és neurostimuláció hozzáadása a leszálló és a perifériás jelek hozzájárulásának elkülönítésére.
• Gondoljuk újra a protokollok újradefiniálását a „győztes mindent visz” elvtől a longitudinális, több voxelből álló és osztályozási elemzések felé, amelyek explicit módon figyelembe veszik a fantommozgást.

Röviden - a főbb pontok

• Stabilitás a „fogás” helyett: Felnőtteknél az S1/M1 lábakban lévő kéz- és ajaktérképek amputáció után akár 5 évig is stabilan a helyükön maradnak.
• A fantom nem képzelet: a "fantom" ujjak mozgatására tett kísérletek statisztikailag hasonló mintázatokat hoznak létre, mint a műtét előtti kézmozgások.
• Következtetések: szilárd alapok a BCI-protézisekhez; a deficitvezérelt plaszticitás koncepciójának újragondolása; új célpontok a fantomfájdalom-terápiában.

Forrás: Schone HR et al. „Stabil kérgi testtérképek a kar amputációja előtt és után”, Nature Neuroscience, 2025. augusztus 21. (Rövid közlemény). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7