Један од најзагонетнијих феномена медицине је „фантомски уд“: људи који су изгубили руку или ногу а и даље их „осећају”. Сврби их длан, боле их прсти. Ово искуство многима звучи као илузија али је модерна неуронаука почела да открива да мозак заправо не брише делове своје унутрашње „картографије тела“ као што се некада веровало.
Штавише, ново истраживање објављено у часопису Нејчр Неуросајенс нуди додатни обрт: чак и годинама након ампутације, мапе шаке у мозгу остају нетакнуте и активне. Другим речима, мозак и даље „зна“ да имате руку, иако је одавно нема.
Истраживачи су током пројекта пратили три жене, пацијенткиње које су имале планиране ампутације руку – на пример, због тумора или озбиљних повреда. Њихови мозгови су скенирани функционалном магнетном резонанцом (фМРИ) пре и после операције, а током скенирања добијали су једноставне задатке: да покушају да померају прсте на рукама, савијају прсте на ногама, стискају песнице, пуцају усне, мрште се… Чак и након што су изгубили руке, њихов соматосензорни кортекс (подручје мождане коре одговорно за осећај додира и положаја) наставио је да показује активацију – као да су прсти још увек ту.
Једна од пацијенткиња праћена је и снимана чак пет година након ампутације, а њена „мождана мапа“ („кортикална карта“) ампутиране руке била је и даље прилично очувана. То се показало супротност од онога што је досад важило као догма: да мозак релативно брзо „препакује“ своја подручја, па суседне регије – на пример лице или усне – преузимају празни простор намењен изгубљеном уду.
Илузија укорењена у мозгу
Феномен фантомског уда први је систематски описао амерички хирург Сајлас Вир Мичел након Америчког грађанског рата, када је лечио војнике са ампутираним удовима. Данас је познато да искуство потиче из мозга: иако више нема нервних сигнала из изгубљеног уда, кортикална мапа наставља да „ради“, стварајући утисак да рука или нога постоје.
Да бисмо разумели концепт мапа мозга треба детаљније разјаснити. На површини мождане коре постоје специјализована подручја за сваки део тела, и овај распоред није случајан већ прати унутрашњу логику расподеле нервних влакана. Примарни соматосензорни кортекс прима сензације са коже, мишића и зглобова, док примарни моторни кортекс контролише покрете и координацију контракција.
Још педесетих година прошлог века, канадски неурохирург Вајлдер Пенфилд постао је познат по електричној стимулацији мозга током операција мозга (које је изводио као део лечења тешких случајева епилепсије) и питању будних пацијената шта осећају. На основу њихових одговора, цртан је такозвани „кортикални хомункулус“(човечуљак) – гротескна фигурица човека са огромним уснама, језиком и рукама, јер ови делови тела заузимају несразмерно највећи простор у кортексу.
Хомункулус је постао симбол идеје да мозак не приказује тело онако како га видимо у огледалу, већ према сензорном и моторном значају појединих делова. Пошто постоје две врсте кортекса, можемо разликовати и две врсте мапа: сензорна мапа је подручје кортекса где осећамо додир, бол, температуру или вибрације, тј. све стимулусе које бележе рецептори на кожи и у унутрашњим органима, а моторна мапа је део мождане коре који контролише покрете, од једноставних покрета прстију до сложених образаца као што су говор или свирање инструмента.
Вреди напоменути да се сензорне и моторне мапе не преклапају у свом анатомском положају на можданој кори, већ делују као две стране истог система. Информација да је прст додирнут одмах се упоређује са информацијом о томе које мишиће треба активирати, а све се то дешава брзинама мерљивим у стотинкама секунде. У случају ампутације, често се претпоставља да ће обе мапе временом ослабити, а њихово место ће постепено заузети суседни региони. Међутим, нова истраживања показују да барем сензорна мапа остаје стабилна много дуже него што се раније мислило, што баца ново светло на отпорност и стабилност неуронске организације мождане коре.
Улога у неуронауци
Откриће такође баца ново светло на концепт неуропластичности. Иако мозак има способност да преобликује и мења синаптичке мреже и везе неке мапе изгледа остају чврсто укорењене и веома отпорне на промене. Ово може објаснити зашто је фантомски бол у ампутираном екстремитету толико упоран: кортекс делује као да рука и даље шаље сигнале, а њихов недостатак се тумачи као нелагодност или бол. Када се неуронски кругови успоставе, они стварају стабилне обрасце који могу трајати деценијама, чак и доживотно, упркос губитку периферног уноса.
Додатни значај је што ово истраживање мења начин на који посматрамо флексибилност мозга. Популарна наука често приказује мозак као изузетно „мекан“ и прилагодљив орган који се стално ремоделира, али ови налази показују да су неке структуре и обрасци изненађујуће непроменљиви. Таква стабилност има и предности и мане: с једне стране, отежава адаптацију на физичке губитке, а с друге стране, пружа чврст темељ на коме се може градити развој модерних неуропротетских технологија. У крајњој линији, разумевање равнотеже између пластичности и стабилности постаје кључно за будуће терапије и за оптимистичне визије фузије човека и машине.
Тек када је бионичка технологија укључена у све до сада описано, долазимо до најзанимљивијег дела: ако мозак и даље има сачувану мапу ампутираног уда, то значи да би се ова мапа могла користити за неуропротетику и као основа за прецизнији интерфејс између нашег нервног система и машине. Данашње бионичке руке и ноге све више покушавају да раде у затвореној неуронској петљи – где корисник не само да контролише своје покрете мислима, већ и осећа повратне информације од вештачког уда. Такви системи укључују сложене алгоритме који преводе мождане сигнале у команде за протезу и истовремено враћају информације о притиску, температури или положају прста. Ово ствара природнији осећај коришћења, а пацијенти могу брже стећи контролу над протезом.
Проблем је, донедавно, био у томе што се сматрало да је „простор“ у мозгу празан или пренамењен и да га је потребно поново обучити кроз дугорочне вежбе рехабилитације. Нова истраживања сугеришу супротно: мапа је већ ту, само чека да се укључи, отварајући врата бржем и лакшем повезивању са технологијом. То би такође могло да значи да ће будуће генерације неуропростетских система мање зависити од дугог учења и адаптације, а више од квалитета и прецизности техничке везе са мозгом.
Једна од највећих нада модерне неуропростетике је да ће системи затворене петље смањити или елиминисати фантомски бол: ако мозак коначно прими смислен сигнал од „уда“ – чак и вештачког – илузија губитка би могла да престане, а бол би могао да ослаби и нестане. Рад на бионичкој будућности
Рад на бионичкој будућности
Тренутно постоји неколико веома различитих играча који раде у области бионских руку и ногу. Годинама америчка агенција ДАРПА финансира развој софистицираних протеза које, путем електрода повезаних са живцима, могу да врате осећај додира, готово као да је природан.
На другом крају спектра су компаније попут Neuralink, Synchron i Blackrock Neurotech, које имају за циљ директно повезивање мождане коре са рачунарима, са циљем постизања директне везе између мождане коре и рачунара (БЦИ, Брејн-Компјутер Интерфејс), отварајући простор за раније незамисливу прецизну комуникацију између мозга и машине.
Истовремено, бројне мање компаније и стартапови широм света експериментишу са прототиповима вештачких удова који шаљу податке о оптерећењу, вибрацијама или чак температури, како би корисницима омогућили да природније доживе своје тело. Ако се кортикалне мапе заиста сачувају, сви ови пројекти би могли добити снажан подстицај јер више не морају да граде темеље од нуле, већ се могу повезати са постојећом „архитектуром мозга“. Ово значајно скраћује пут од лабораторијских прототипова до медицинских примена и повећава вероватноћу да ће технологија заиста постати корисна у свакодневном животу.
На крају крајева, таква открића постављају питање где се човек завршава, а технологија почиње: ако мозак има сачувану мапу изгубљеног дела тела коју машине могу заменити, да ли је вештачка рука мање „стварна“ од биолошке? Или је само другачије „отеловљена“? Најтачнији одговор може лежати у самој неуронауци: мозак не пита одакле долази сигнал, већ га тумачи у оквиру постојеће мапе неуронске топографије. Ако та мапа остане сачувана, све што преостаје јесте да се празнина правилно попуни – у почетку бионским уређајем, а можда једног дана и правом биолошком копијом
