Fantomlemmer og omkoblede hjerner

Fantomarme, ben, fingre og tæer: tilsyneladende gyserfilm. Men for næsten 70 procent af de 4 millioner amputerede i USA er levende fornemmelser i manglende kropsdele - såsom tryk, snurren, varme, kulde og smerte, der kan være både konstante og ulidelige - alt for virkelige.

Fantomlemmer har undret videnskabsmænd i årevis. Men nyere undersøgelser har kastet lys over mulige mekanismer, der ligger til grund for fænomenet, herunder beviser på, at neuroner i hjernen, der modtager input fra et lem, kan omkoble sig selv for at søge input fra andre kilder, efter at lemmet er amputeret. Disse resultater udfordrer den langvarige tro på, at hjernen er uforanderlig ud over en vis alder og leder forskere til at udvikle nye terapier til ofre for fantom-lemsmerter og nogle rygmarvsskader.

Denne historie var en del af vores januar 1997-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

I årevis tilskrev psykologer fantom-lemmer-fornemmelser ønskeopfyldelse, en rent psykologisk tilstand. Så, i 1984, udførte et hold ledet af Michael Merzenich, en neurovidenskabsmand ved University of California i San Francisco, eksperimenter, der begyndte at forklare fantomlemmer som en ægte fysiologisk reaktion. Merzenich og hans kolleger amputerede først langfingrene fra en gruppe voksne ugleaber og stimulerede senere cifrene på hånden på hver abe, der stødte op til amputationsstumpen.

Ved at placere mikroelektroder, som registrerer elektrokemiske ændringer i aktivt affyrende neuroner, i forskellige områder af abernes hjerner, fandt Merzenich ud af, at det område af cortex, der oprindeligt affyrede som reaktion på stimulering af den amputerede finger, nu blev udløst, hver gang han rørte ved de to tilstødende fingre. Neuronerne havde ikke reageret på stimulering af disse fingre før amputationen.

I 1991 udvidede Timothy Pons, en neuroforsker ved Laboratory of Neuropsychology ved National Institute of Mental Health, Merzenichs resultater. Pons og hans kolleger arbejdede med voksne makakaber, og de afafferentede eller skar nerver, der kommunikerede sensorisk information mellem cortex og armen, underarmen, hånden og baghovedet. Holdet stimulerede derefter forskellige kropsdele og fandt ud af, at den del af cortex, der tidligere havde reageret på armen og baghovedet, nu reagerede på stimulering af ansigtet. Ligesom vedbend spredte sig over nøgne mursten, mener Pons, invaderede omgivende neuroner det braklagte kortikale område svarende til de afafferente lemmer, hvilket tillod det at reagere på stimulation fra andre dele af kroppen.

Menneskelige forsøg

Året efter udførte Vilayanur Ramachandran, en neuroforsker ved University of California i San Diego, eksperimenter på mennesker, der fik amputeret en arm eller en finger. Med bind for øjnene for sine patienter lagde han pres på forskellige dele af deres krop. Som bekræftelse af Pons' resultater opdagede Ramachandran adskillige forsøgspersoner, der rapporterede, at tryk på ansigtet føltes som om det kom fra både ansigtet og fantomhånden.

Ramachandran siger, at dette fund gav mening, fordi det corticale territorium, der engang svarede til armen, lå ved siden af ​​det, der svarede til ansigtet. Og ligesom folk, der står ved siden af ​​barstole i en overfyldt bar, har størst sandsynlighed for at få de pladser, når folk går, har neuroner tæt på et område, der ikke længere modtager input, den bedste mulighed for at bevæge sig ind.

Ramachandran ræsonnerede, at smerten forbundet med fantomlemmer kan opstå, når neuronerne bevæger sig ind i nye områder, men gør et defekt arbejde med at omkoble sig selv. Fejl i kortikal remapping, siger han, såsom krydsledning af berøring og smerteinput kan forklare smerte i for eksempel en fantomarm, der opstår fra en godartet berøring i ansigtet.

De menneskelige undersøgelser viste også, at kortikal reorganisering skete hurtigere end tidligere antaget. Mens Pons havde studeret primater, der havde været afafferente i 11 år, fandt Ramachandran lignende beviser hos mennesker, hvis lemmer var blevet amputeret kun fire uger før eksperimenterne.
Begrebet neural genvækst og kortikal reorganisering repræsenterer et radikalt skift i den måde, videnskabsmænd ser på hjernen. Historisk har man troet, at der er et kritisk mulighedsvindue under udvikling, når hjernen er tilsluttet, siger Pons. Nu, siger han, ser det ud til, at hjernen udviser en overraskende mængde plasticitet gennem hele livet.

Potentielle terapier

En sådan plasticitet kan være nøglen til potentielle terapier, ikke kun for fantom-lemsmerter, men også andre lidelser i centralnervesystemet, herunder rygmarvsskader, hvor betændelse eller tryk blokerer neurale veje. Faktisk har Pons og hans kollega David Good, direktør for Bowman Grey School of Medicine Rehabilitation Center ved Wake Forest University i North Carolina, i løbet af de sidste mange måneder observeret patienter med rygmarvsskader og sammenlignet graden af ​​bedring med mængden af ​​kortikal reorganisering målt ved MR-scanninger.

Som forventet opdagede forskerne, at de, der oplevede den mindste mængde omorganisering, også havde den mest fuldstændige bedring. Hvis neuronerne ikke reorganiserer sig, forklarer Pons, så når tingene vender tilbage til det normale i rygmarven, vil cortex forblive uændret og være i stand til at fungere med rygmarven, som den plejede.

Pons og Good mener, at kunstig forebyggelse af kortikal reorganisering således kan hjælpe patienter med at komme sig over sådanne rygmarvsskader, selvom de advarer om, at tilgangen ikke ville være til nogen nytte i tilfælde, hvor rygmarven faktisk er overskåret. En tilgang til at blokere kortikal reorganisering, som forskerne undersøger, indebærer brugen af ​​DAP-V, et lægemiddel, der hæmmer den elektrokemiske aktivitet af glutamat, en neurotransmitter i hjernen.

Normalt muliggør glutamat kommunikation mellem neuroner, når de sender elektrokemiske beskeder til hinanden fra en ekstern stimulus, såsom et slag i hånden, hele vejen til hjernen. På samme måde, efter en rygmarvsskade eller amputation - når neuroner pludselig holder op med at modtage inputsignaler fra deres naboer - gør glutamat det muligt for de forladte neuroner at forbinde med andre neuroner, der vil give dem stimulation, og derved forbedre cortical reorganisering.

Pons og Good siger, at binding af glutamatreceptorer med DAP-V vil forhindre neuron-til-neuron-kommunikation, så de forladte neuroner, som ikke længere kommunikerer med deres livslange partnere, ikke vil være i stand til at kommunikere med nogen potentielle nye partnere , enten. Derfor mener forskerne, at neuroner vil forblive bundet til deres kammerater. Og når blokeringen af ​​rygmarven forsvinder, vil de oprindelige kortikale forbindelser og funktioner forblive intakte.

Endelig, fordi den kortikale reorganisering, der finder sted efter amputation, er så lig den omledning, der opstår efter rygmarvsskader, håber Pons, at et farmakologisk middel som DAP-V, der forhindrer neural reorganisering i cortex, også kan hjælpe med at forhindre fantom-lemmer smerter hos amputerede. Forskerne advarer dog om, at denne forskning er i sin vorden og endnu ikke har behandlet grundlæggende spørgsmål, såsom hvordan lægemidlet kan administreres, og om det kan gives i en kort periode efter amputation, eller om det skal administreres på ubestemt tid.

skjule