Comment le cerveau se souvient des membres amputés et continue de les contrôler

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Comment le cerveau se souvient des membres amputés et continue de les contrôler
La nouvelle recherche peut aider à développer des bras robotiques. UfaBizPhoto / Shutterstock

La plupart des gens qui ont perdu un membre toujours sentir sa présence Des décennies plus tard. Ce phénomène, appelé «membre fantôme», a longtemps été un mystère. Mais avec le nouveau scanner du cerveau à ultra haute résolution, nous sommes maintenant en mesure de rechercher dans le cerveau des personnes amputées des indices auparavant cachés. Nous avons récemment montré trois cas frappants d’amputés atteints de cartes incroyablement détaillées représentant les cinq doigts manquants dans leur cerveau.

Mais pourquoi ces cartes persistent-elles malgré des décennies sans aucune contribution du membre manquant? Dans une nouvelle étude, publié dans la revue eLife, nous avons maintenant révélé que le montant qu’une personne peut «déplacer» délibérément son membre fantôme est essentiel pour déterminer dans quelle mesure la carte de la main manquante de son cerveau est similaire à celle des mains à deux mains. Notre étude montre que les membres fantômes ne sont pas simplement une curiosité intéressante, mais un phénomène qui peut être exploité pour poser des questions sur le cerveau qui restaient sans réponse.

Si une personne a la malchance de perdre un bras, beaucoup de choses vont changer. Comment mettez-vous des chaussettes? Ou ouvrir une bouteille de boisson? Ce qui pourrait être moins dans l’esprit d’une personne (pardonner le jeu de mots), c’est de savoir comment perdre un bras peut changer son cerveau.

Il y a des choix immobiliers dans le cerveau qui contrôlaient autrefois le mouvement et la sensation du membre perdu. Alors, quels sont ces morceaux de cerveau qui se préparent jusqu'à maintenant? Cela peut être une question étonnamment difficile à répondre. Normalement, pour explorer la région du «bras» du cerveau - avec l’imagerie cérébrale, par exemple - nous toucher ou bouger ce bras. Si ce bras manque, cela pose un problème.

Après des décennies de recherche principalement animale, les chercheurs ont plutôt touché et déplacé les parties restantes du corps pour voir si quelque chose semblait empiéter sur cette zone de main manquante. Cela nous a montré que si, par exemple, un singe perd son majeur, la zone du cerveau (qui contrôlait le majeur) est prise en charge. Presque instantanément par le index et annulaire voisins. C'est une invasion de territoire qui ressemble beaucoup à un jeu de risque corporel.

Cette recherche a brossé un tableau où les anciennes cartes du corps semblent avoir été effacées et le précieux espace cérébral redistribué pour soutenir les membres qui restent. Mais cela s'avère être loin de toute l'histoire.

Leçons fantômes

Comme les animaux ont du mal à nous dire ce qu'ils ressentent, ce n'est que grâce à des recherches humaines - pour la plupart récentes - que nous avons découvert les fantômes de parties de corps perdues. hanter les cerveaux des amputés, et les idées surprenantes qu’ils fournissent à la science.

Comment le cerveau se souvient des membres amputés et continue de les contrôlerL'imagerie cérébrale révèle des cartes détaillées des doigts de la main chez les amputés (en bas) qui sont étonnamment similaires aux cartes des mains des participants témoins à deux mains (en haut). Auteur fourni

Beaucoup de gens ne se rendent pas compte que les amputés peuvent non seulement sentir leurs membres fantômes, mais aussi bon contrôle de leurs mouvements. Nous avons précédemment montré que demander aux personnes amputées de déplacer leurs doigts fantômes dans le scanner résultats dans de belles cartes doigts (manquants) (voir image ci-dessus). Les personnes amputées dans cette étude ont toutefois été sélectionnées spécifiquement parce qu'elles avaient des fantômes très vifs. Cela nous amène à nous demander si ce sont ces sensations fantômes qui maintiennent le membre manquant en vie dans le cerveau.

Pour répondre à cela, nous avons récemment scanné un grand groupe de personnes amputées présentant divers niveaux de sensation fantôme, de mouvement fantôme et de douleur fantôme. Nous avons constaté que la mesure dans laquelle une personne pouvait déplacer ses doigts fantômes était le meilleur indicateur de la similitude de la carte d'une personne à deux mains.

Étonnamment, le mouvement fantôme était plus important pour prévoir l’organisation de ces cartes de mains que la simple vivacité des sensations fantômes - à quel point ils pouvaient sentir leurs doigts manquants. Nous avons également été surpris de constater que ces cartes manquantes subsistent même chez les personnes qui ont peu ou pas de sensations fantômes, ce qui indique que ces cartes sont incroyablement stables une fois formées.

Enfin, nous voulions savoir ce qui se passe dans la zone du bras manquant chez les personnes nées sans membre (bras à une main congénitale). Ici, cependant, nous avons eu un problème: les personnes nées sans membres n'éprouve généralement pas de sensations fantômes (bien que ce soit un peu controversé). Cela signifiait que nous ne pouvions pas demander à ces participants de déplacer leur fantôme dans le scanner, comme nous l'avons fait avec les amputés.

Le fait d’imaginer que le bras manquant dans le scanner était provoqué par une main congénitale produisait très peu d’activités ressemblant à la main (la plupart d’entre elles pouvant être liés aux aspects visuels de notre tâche). Mais pour approfondir, il nous fallait une nouvelle tactique.

Lorsque vous déplacez votre main droite, cela active la carte de la main droite dans le côté gauche (opposé) de votre cerveau. Cependant, bouger la main droite provoque aussi des changements d’activité qui nous permettent de voir le carte de la main gauche immobile de l'autre côté du cerveau.

Ainsi, en obligeant nos participants à une main à bouger leur main intacte, nous pourrions capturer un regard indirect sur la carte des mains manquantes. Lorsque les personnes amputées et les deux mains ont déplacé leur main intacte, nous avons vu une carte des mains d'aspect très normal du côté de la main manquante. Les participants nés sans main n’ont montré aucune activité de ce type, ce qui nous donne une nouvelle confiance, il n’ya vraiment que peu ou pas de carte des mains.

Les membres fantômes attirent notre attention parce qu'ils sont fascinants et bizarres. Mais leur valeur scientifique devient également de plus en plus claire. Nos recherches soulèvent la question de savoir si les personnes pourraient être en mesure d’entraîner explicitement leur main fantôme à restaurer leurs cartes de doigts à un état plus normal. Cela peut sembler inutile, mais des scientifiques de l’Université américaine Pitt implantent actuellement des électrodes sur les cartes des doigts manquants des patients paralysés, ce qui leur permet de: contrôler et sentir les doigts individuels d'une main robotique. Le moment est peut-être venu pour l’entraînement à la main fantôme.La Conversation

A propos de l'auteur

Harriet Dempsey-Jones, chercheure postdoctorale en neurosciences cognitives, UCL

Cet article est republié de La Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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