Pourquoi le cerveau ne peut pas oublier les membres amputés

Les amputés rapportent souvent le phénomène des «membres fantômes», où ils peuvent encore sentir la présence de doigts, de mains, de bras, de pieds ou de jambes manquants et même ressentir de la douleur là où les parties amputées étaient autrefois. Jusqu'à présent, la science n'a pas eu d'explication pour ce phénomène.

Maintenant, en utilisant l'imagerie à ultra-haute résolution, les chercheurs de l'Université d'Oxford ont pu examiner le cerveau des amputés pour voir comment leur cerveau change suite à la perte d'un bras. Voir le cerveau à ce niveau de détail a révélé pour la première fois que les cerveaux des amputés conservent une carte incroyablement détaillée de la main et des doigts individuels manquants. L'existence de cette carte détaillée de la main dans le cerveau - des décennies après l'amputation - pourrait faire partie de l'explication du phénomène du membre fantôme.

La privation sensorielle, par exemple chez les personnes souffrant de cécité, de surdité ou d'amputation, a longtemps été une voie fructueuse pour les scientifiques qui étudient la plasticité cérébrale. La chercheuse principale, Sanne Kikkert, avec ses collègues du Laboratoire main et cerveau dirigé par le professeur agrégé Tamar Makin, a profité d'un aspect du phénomène des membres fantômes où les amputés peuvent non seulement sentir la présence ou la sensation dans le membre manquant, mais peuvent aussi "contrôler" volontairement leur main fantôme. En demandant aux individus de déplacer individuellement leurs doigts fantômes tout en scannant leur cerveau, la représentation de la main fantôme dans le cerveau peut être cartographiée en détail.

Des recherches antérieures ont montré que déplacer la main fantôme crée une activité dans le cerveau des amputés, mais jusqu'à maintenant il a été difficile de dire ce que cette activité représente vraiment. Il est difficile de prouver, par exemple, que l'activité cérébrale indique l'existence d'une carte de la main manquante, par opposition à une activité anormale due à l'amputation.

L'étude de Kikkert montre que les modèles d'activité des mains fantômes contiennent d'importantes caractéristiques de représentation «normale» de la main, par exemple la disposition spatiale des doigts les uns par rapport aux autres. En fait, l'équipe a pu démontrer que les cartes des mains fantômes se trouvaient bien dans la fourchette de celles trouvées dans un échantillon témoin de participants à deux mains. Considérant que les amputés échantillonnés ont perdu leurs mains entre 25 et 31 des années auparavant, c'est assez incroyable.


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L'imagerie cérébrale révèle des cartes détaillées des doigts individuels de la main chez les amputés (en bas) qui sont surprenantes par rapport aux cartes de la main des participants au contrôle à deux mains (en haut). Auteur fourniL'imagerie cérébrale révèle des cartes détaillées des doigts individuels de la main chez les amputés (en bas) qui sont surprenantes par rapport aux cartes de la main des participants au contrôle à deux mains (en haut). Auteur fourniDans leur document, publié dans la revue eLife, les chercheurs ont également été en mesure de réfuter certaines autres explications plus triviales de l'activité du cerveau fantôme. Ils ont montré que l'activation de la main fantôme ne résulte pas simplement de l'activation des muscles ou des nerfs dans le membre restant des amputés. Par exemple, les cartes des mains sont restées les mêmes chez les amputés qui manquaient ces muscles (en raison d'une amputation au-dessus du coude) ou qui ne pouvaient pas envoyer ou recevoir d'intrants (en raison de lésions nerveuses). Cependant, il reste encore un mystère si la carte main préservée du cerveau provoque les sensations du membre fantôme, ou si les sensations elles-mêmes conservent la carte de la main dans le cerveau.

Comment l'esprit voit le corps

Ces découvertes sont doublement passionnantes parce qu'elles contrastent avec la sagesse traditionnelle concernant la façon dont la carte corporelle sensorielle dans le cerveau est générée et maintenue. Cette carte sensorielle est connue sous le nom de homunculus somatosensoriel (du grec pour "petit homme"), et il a longtemps fasciné les scientifiques en raison de sa structure très organisée. Organisé, en ce que les parties du corps sont disposées dans le cerveau d'une manière très similaire à la façon dont elles sont sur le corps:

Un diagramme de «l'homoncule sensoriel», décrivant comment les parties du corps sont cartographiées au cerveau (montré dans la section transversale). OpenStax College / Université Rice, CC BYUn diagramme de «l'homoncule sensoriel», décrivant comment les parties du corps sont cartographiées au cerveau (montré dans la section transversale). OpenStax College / Université Rice, CC BYOn a longtemps cru que cette carte avait besoin d'un apport sensoriel constant du corps pour maintenir son organisation. Cette idée a été soutenue par une recherche animale considérable montrant que lorsqu'un membre est amputé, les parties du corps proches de ce membre sur l'homoncule envahir et écraser le territoire du membre manquant.

Une réorganisation similaire a été documentée chez l'homme. Un 2013 étude par Tamar Makin et ses collègues ont montré qu'à la suite de l'amputation, la main restante s'empare du territoire cérébral de la main disparue. Leur étude a également montré que cette prise en charge était liée à la façon dont les participants utilisaient leur corps: plus les personnes amputées utilisaient leur main restante pour accomplir leurs activités quotidiennes, plus cette main prenait les ressources cérébrales de la main manquante, probablement pour soutenir la surexploitation. la main intacte.

Kikkert a trouvé une réorganisation similaire dans son groupe d'amputés dans la région des mains manquantes du cerveau, ainsi que les cartes détaillées de la main. Cela signifie que l'amputation suivante n'est pas seulement la fonctionnalité originale de cette zone cérébrale maintenue, mais qu'elle semble être maintenue malgré la réorganisation qui a lieu également - un fait qui n'a pas été reconnu auparavant.

Cela pourrait être mis à profit dans une technologie assez étonnante développée pour les personnes amputées et handicapées: "neuroprothèses" se réfère à les membres artificiels qui sont contrôlés directement par le cerveau, généralement à travers des électrodes implantées dans le cortex. Les cartes de la main conservées dans le cerveau après l'amputation pourraient être exploitées pour permettre le mouvement du doigt individuel pour ces interfaces cerveau-machine.

Comme le rapport de l'équipe, leurs découvertes «rouvrent la question de ce qui arrive à un territoire cortical une fois que ses principaux intrants sont enlevés» - et posent de nouvelles possibilités pour des explications plus profondes de l'homoncule à l'intérieur de nous tous.

A propos de l'auteur

The ConversationHarriet Dempsey-Jones, chercheur en neurosciences cliniques, Université d'Oxford

Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.

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