Pastaruoju metu, naudodami itin didelės skiriamosios gebos vaizdus Oksfordo universiteto mokslininkai sugebėjo ištirti galūnių netekusių asmenų smegenis ir išsiaiškinti, kaip jos pakinta po plaštakos amputacijos. Toks nuodugnus smegenų tyrimas padėjo suprasti, kad smegenyse išlieka neįtikėtinai tiksli trūkstamos plaštakos ir pirštų schema, neišnykstanti ištisus dešimtmečius.
Būtent tokios schemos egzistavimu iš dalies ir galima paaiškinti nesamų galūnių jutimą.
Netekus jutimo organų, pavyzdžiui, po plaštakos amputacijos, arba galimybės patirti tam tikras jusles, pavyzdžiui, apakus ar apkurtus, smegenyse turėtų vykti tam tikri procesai. Tokie atvejai yra ne kartą mokslininkų tyrinėti, siekiant išsiaiškinti smegenų plastiškumą.
Pastarąjį mokslinį darbą inicijavusi Sanne Kikkert su kolegomis iš Oksfordo universiteto ryšio tarp rankų ir smegenų tyrimo laboratorijos, vadovaujami profesorės Tamaros Makin atkreipė dėmesį į vieną konkretų galūnės fantomo reiškinio aspektą. Buvo aiškinamasi, dėl kokių smegenų savybių galūnių netekę asmenys tvirtina ne tik jaučiantys kūno dalies fantomą, bet ir galintys trūkstamą galūnę valingai pajudinti, it sąnariai dar būtų savo vietose.
Tyrime sutikusių dalyvauti asmenų buvo prašoma pajudinti nesamos rankos pirštus. Tuo metu buvo skenuojamos jų smegenys. Gauti vaizdai įrodė, kad smegenyse iš tikrųjų egzistuoja labai detalus rankos fantomo atvaizdas.
Anksčiau atlikti tyrimai atskleidė, kad stengiantis pajudinti nesančią ranką smegenyse suaktyvinami tam tikri procesai, bet iki šiol nebuvo aišku, ką jie reiškia. Buvo sunku įrodyti, kad smegenų veikla byloja apie nesamos rankos schemos egzistavimą smegenyse, nes ją buvo galima laikyti ir kokiu nors liekamuoju reiškiniu.
S. Kikkert atliktas tyrimas įrėdė, kad su trūkstamos rankos judinimu susijusio aktyvumo modeliai atitinka turimos galūnės schemą, leidžiančią nustatyti, pavyzdžiui, pirštų padėtį ir jų tarpusavio ryšį. Mokslininkų komandai pavyko įrodyti, kad rankų fantomų schemos atitinka realių rankų schemas. Turint galvoje, kad tyrime dalyvavę asmenys galūnių buvo netekę prieš 25–31 metus, tokių schemų egzistavimas išties neįtikėtinas.
Žurnale „eLife“ publikuotame straipsnyje mokslininkams pavyko paneigti tam tikrus anksčiau pateiktus daug paprastesnius su fantomais susijusios smegenų veiklos paaiškinimus. Jie įrodė, kad plaštakos fantomo pasireiškimo priežastis – ne likusios galūnės dalies (dilbio) raumenų judesiai ir nervų veikla, nes asmenų, kurių ranka buvo amputuota virš alkūnės, taip pat tų, kurių nervai dėl pažeidimo neperduoda į galūnes signalų, rankų schemos buvo tokios pat, kaip asmenų, kuriems amputuota tik plaštaka ir kurių nervai nepažeisti. Visgi tebėra neaišku, ar plaštakos fantomas atsiranda dėl smegenyse egzistuojančios plaštakos schemos, ar atvirkščiai – pojūčiai sukuria schemą.
Koks kūno vaizdas egzistuoja smegenyse
Tyrimais patvirtinti įrodymai išties stebina, nes paneigia tradicinį įsitikinimą apie juslių schemos susidarymą ir išlaikymą smegenyse. Šią juslių schemą galima pavadinti sematosensoriniu homunkulu. Mokslininkus jau kurį laiką stebina neįtikėtinai suderinta šio modelio struktūra. Įdomiausia tai, kad kūno organus atitinkančių smegenų dalių išsidėstymas labai primena tikrą žmogaus kūno struktūrą.
Ilgą laiką buvo manoma, kad šiai schemai palaikyti būtinas nuolatinis jutimo organų perduodamos informacijos srautas. Tokiam įsitikinimui pagrindą davė su gyvūnais atliekamų tyrimų rezultatai, kuriuos atliekant buvo pastebėta, kad nesant kurios nors galūnės, gretimos kūno dalis atitinkančio sematosensorinio homunkulo sritys išstumia arba perrašo trūkstamos galūnės sritį.
Panašių įrodymų buvo gauta ir tiriant žmones. 2013-aisiais metais T. Makin suburtos komandos atliktas tyrimas įrodė, kad po plaštakos amputacijos likusią plaštaką atitinkanti smegenų sritis tarsi užkloja trūkstamos plaštakos sritį. Tyrimas taip pat įrodė, kad šis srities persikėlimas yra susijęs su stebimų asmenų kūno judesiais: kuo intensyviau naudojamasi likusia sveika plaštaka, tuo daugiau smegenyse esančios trūkstamos plaštakos srities perimama. Tikriausiai taip yra todėl, kad smegenys siekia išlaikyti rankų naudojimo pusiausvyrą.
Tirdama galūnių netekusius asmenis S. Kikkert taip pat pastebėjo panašią smegenyse vykstančią sričių pertvarką. Ji taip pat nustatė labai tikslias plaštakų schemas ir padarė išvadą, kad po amputacijos ne tik išlieka pirminės smegenų sričių funkcijos, bet jos išsaugomos, neatsižvelgiant net į tai, jog sritys pradeda pamažu persidengti.
Šį anksčiau nepripažintą faktą galima pritaikyti kuriant pažangias ir labai efektyvias galūnių netekusiems ir neįgaliesiems skirtas technologijas. Neuroprotetika – tai medicinos technikos sritis, tirianti iš smegenų perduodamais impulsais kontroliuojamų galūnių implantų kūrimo galimybes. Impulsai iš smegenų turėtų būti perduodami smegenų žievėje įsodintų elektrodų. Pasitelkus smegenyse išlikusią plaštakos schemą būtų galima sukurti su smegenimis jungiančią ir pajudinti pirštus įgalinančią sąsają.
Mokslininkų komanda tvirtina, kad jų atradimai dar kartą iškelia klausimą, kas vyksta smegenų žievės srityje, nelikus į ją perduodamų signalų šaltinio, ir pateikia naujų kiekvieno individo viduje užkoduoto homunkulo paaiškinimų.