Mensen met een handicap maken vaak melding van het fenomeen 'fantoompijn' of 'fantoomledematen' wanneer ze de aanwezigheid van ontbrekende vingers, handen, voeten of schenen voelen, en soms zelfs pijn voelen in eenmaal geamputeerde ledematen. Tot nu toe kon de wetenschap dit fenomeen op geen enkele manier verklaren. Maar nu, met behulp van ultrahoge resolutiebeelden, konden wetenschappers van de Universiteit van Oxford de hersenen van geamputeerden bestuderen en zien hoe hun hersenen veranderen na het verlies van een arm. Hersendetails op zo'n hoog niveau onthulden voor het eerst iets verbazingwekkends: de hersenen van de geamputeerde bevatten een ongelooflijk gedetailleerde kaart van de ontbrekende hand en individuele vingers.
Het bestaan van deze gedetailleerde kaart van de hand in de hersenen - zelfs decennia na amputatie - kan het fenomeen van de fantoomledem gedeeltelijk verklaren.
Sensorische deprivatie bij mensen die blindheid, doofheid of amputatie hebben ervaren, is bijvoorbeeld lange tijd een vruchtbaar gebied geweest voor de studie van hersenplasticiteit. Hoofdonderzoeker Sanna Kikkert en haar collega's van het Hands and Brain Laboratory, geleid door universitair hoofddocent Tamara Makin, namen als basis voor de studie één aspect van het fenomeen fantoomledemaat, waarbij geamputeerden niet alleen de aanwezigheid of gevoelens in het ontbrekende lidmaat waarnemen, maar ook hun fantoomhand kunnen 'controleren'. Door mensen te vragen hun fantoomvingers individueel te bewegen terwijl ze hun hersenen parallel scannen, konden de wetenschappers een gedetailleerde kaart maken van de fantoomhandweergave in de hersenen.
Eerder onderzoek heeft aangetoond dat het bewegen van de fantoomhand activiteit veroorzaakt in de hersenen van de geamputeerde, maar tot nu toe was het moeilijk om te zeggen wat deze activiteit precies is. Het is bijvoorbeeld moeilijk te bewijzen dat hersenactiviteit duidt op het bestaan van een ontbrekende handkaart in plaats van op een abnormale activiteit veroorzaakt door amputatie.
Uit Kickert's onderzoek blijkt dat patronen van fantoomhandactiviteit belangrijke kenmerken bevatten van de 'normale' weergave van de hand, zoals de ruimtelijke ordening van de vingers ten opzichte van elkaar. Het team kon aantonen dat de handkaarten van de fantoomledematen binnen het bereik lagen dat is aangegeven in een controlemonster van tweehandige deelnemers. Gezien het feit dat de proefpersonen 25 tot 31 jaar geleden hun armen verloren, is dit ongelooflijk.
In een paper gepubliceerd in het tijdschrift eLife waren wetenschappers ook in staat om verschillende andere, meer triviale verklaringen voor fantoom hersenactiviteit te weerleggen. Ze toonden aan dat de activering van de fantoomarm niet het simpele resultaat is van spier- of zenuwactiviteit in de stronk die overblijft na amputatie. Bij geamputeerden die hun spieren verloren (door amputatie boven de elleboog), bleven de handkaarten bijvoorbeeld hetzelfde als bij degenen die helemaal geen signalen van het ledemaat konden verzenden of ontvangen (vanwege zenuwbeschadiging). Desalniettemin is het nog steeds een raadsel of de opgeslagen handkaart in de hersenen fantoomsensaties van de ledemaat veroorzaakt, of dat de gewaarwordingen zelf de handkaart in de hersenen behouden.
Promotie video:
Hoe de hersenen het lichaam zien
Deze resultaten zijn dubbel interessant omdat ze in tegenspraak zijn met conventionele wijsheid over hoe de hersenen de sensorische kaart van het lichaam vormen en onderhouden. Deze sensorische kaart wordt de somatosensorische homunculus genoemd (van het Grieks voor "kleine man") en heeft wetenschappers lange tijd verrast met zijn sterk georganiseerde structuur. Georganiseerd doordat de hersenen lichaamsdelen opvouwen die erg lijken op hoe ze zich op het lichaam bevinden:
Men heeft lang gedacht dat deze kaart een constante stroom van sensorische input van het lichaam nodig heeft om het georganiseerd te houden. Dit idee wordt ondersteund door een aanzienlijk aantal dierstudies die aantonen dat wanneer een ledemaat wordt geamputeerd, delen van het lichaam in de buurt van de homunculus binnendringen en het territorium van de ontbrekende ledemaat overschrijven.
Een vergelijkbare reorganisatie werd gevonden bij mensen. Een onderzoek uit 2013 door Tamar Makin en collega's wees uit dat na amputatie de hersenen het resterende territorium wegnemen van de ontbrekende arm. Hun onderzoek toonde ook aan dat deze grip verband hield met de manier waarop de proefpersonen hun lichaam gebruikten: hoe meer de geamputeerde de overgebleven arm gebruikte voor dagelijkse activiteiten, hoe meer die arm de hersenbronnen van de ontbrekende arm in beslag nam, mogelijk om het overmatig gebruik van de intacte arm te ondersteunen.
Kickert vond een soortgelijke reorganisatie bij haar groep geamputeerden in het gebied van de ontbrekende arm in de hersenen, evenals gedetailleerde handkaarten. Dit betekent dat dit gebied van de hersenen na amputatie niet alleen functioneel blijft, maar ook wordt gehandhaafd, ondanks de daaropvolgende reorganisatie - dit feit is niet eerder onderkend.
Het kan zelfs worden gebruikt om verbazingwekkende technologieën te creëren, specifiek voor kreupelen en gehandicapten: "neuroprothesen" die rechtstreeks door de hersenen worden aangestuurd, meestal via elektroden die in de hersenschors zijn geïmplanteerd. De handkaart die na amputatie wordt bewaard, kan worden gebruikt om individuele vingers in deze neurocomputerinterfaces aan te sturen.
ILYA KHEL
