Jedan od najzagonetnijih fenomena medicine je „fantomski ud“: ljudi koji su izgubili ruku ili nogu i dalje osjećaju kao da je ondje -- svrbi ih dlan kojeg više nemaju, bole ih prsti koje nitko ne može dotaknuti... To je iskustvo stoljećima djelovalo kao opsjena ili privid, dok moderna neuroznanost nije počela otkrivati da mozak zapravo ne briše dijelove svoje unutarnje „tjelesne kartografije“ tako lako i brzo kako se nekada vjerovalo.

Fantomska ruka koja ne nestaje

Štoviše, novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature Neuroscience donosi dodatni obrat: čak i godinama nakon amputacije, moždane mape ruku ostaju netaknute i aktivne. Drugim riječima, mozak i dalje „zna“ da imate ruku, premda je odavno više - nema.

Istraživači su tijekom tog projekta pratili tri žene, pacijentice koje su imale planirane amputacije ruke -- primjerice zbog tumora ili teške ozljede. Snimali su im mozak funkcionalnom magnetskom rezonancijom (fMRI) prije operacije i nakon nje, a one su tijekom snimanja dobivale jednostavne zadatke: da pokušaju pomaknuti prste na ruci, saviti nožne prste, stisnuti šaku, napućiti usne, namrštiti se... I nakon što su izgubile ruku, njihov somatosenzorni korteks (područje kore mozga odgovorno za osjete dodira i položaja) i dalje je pokazivao aktivaciju – baš kao da prsti još postoje.

Jedna od pacijentica praćena je i snimana je čak pet godina nakon amputacije, a njena „moždana mapa“ („kortikalna karta“) amputirane ruke bila je i dalje posve očuvana.

To se pokazalo suprotnim onome što je dosad važilo kao dogma: da mozak relativno brzo „prepakira“ svoja područja, pa susjedne regije – primjerice lice ili usne – preuzimaju prazni prostor namijenjen izgubljenom udu. No, na razini mjerljivoj fMRI-jem, takvo preuzimanje jednostavno se nije dogodilo.

Moždane mape i homunkulus

Kako bi se shvatilo o čemu je riječ, treba detaljnije razjasniti pojam moždanih mapa. Na površini moždane kore postoje specijalizirana područja za svaki dio tijela, a taj raspored nije slučajan nego slijedi unutarnju logiku raspodjele živčanih vlakana. Primarni somatosenzorni korteks prima osjete iz kože, mišića i zglobova, dok primarni motorički korteks upravlja pokretima i koordinacijom kontrakcija.

Još pedesetih godina 20. stoljeća kanadski neurokirurg Wilder Penfield postao je poznat po tome što je tijekom operacija na mozgu (koje je provodio u sklopu terapije teških slučajeva epilepsije) električki stimulirao mozak i pitao budne pacijente što osjećaju. Na temelju njihovih odgovora nacrtan je tzv. „kortikalni homunkulus“ ("čovječuljak") – groteskna figurica čovjeka s ogromnim usnama, jezikom i rukama, jer ti dijelovi tijela zauzimaju nesrazmjerno najveći prostor u korteksu. Homunkulus je postao simbol ideje da mozak ne prikazuje tijelo onako kako ga vidimo u ogledalu, nego prema osjetnoj i motoričkoj važnosti pojedinih dijelova.

Kako postoje dvije vrste korteksa, tako možemo razlikovati i dvije vrste mapa: senzorna mapa je područja korteksa gdje osjećamo dodir, bol, temperaturu ili vibraciju, dakle sve podražaje koje na koži i u unutarnjim organima bilježe receptori, a motorička mapa je dio kojim moždana kora upravlja pokretima, od jednostavnih pomicanja prstiju do složenih obrazaca poput govora ili sviranja instrumenta.

Valja istaknuti da se senzorna i motorička mapa po svojoj anatomskoj poziciji na kori mozga ne preklapaju, nego djeluju kao dva lica istog sustava. Informacija o tome da je prst dodirnut odmah se uspoređuje s informacijom o tome koji mišići treba da se pokrenu, a sve se to odvija brzinama mjerljivim stotinkom sekunde.

Kod amputacije se često pretpostavlja da će obje mape s vremenom oslabjeti, a njihovo mjesto postupno zauzeti susjedne regije. Novo istraživanje, međutim, pokazuje da barem senzorna mapa ostaje stabilna puno duže nego što se mislilo, što baca novo svjetlo na otpornost i stabilnost neuralne organizacije moždane kore.

Uloga u neuroznanosti

Otkriće baca novo svjetlo i na pojam neuroplastičnosti. Iako mozak ima sposobnost preoblikovanja i mijenjanja sinaptičkih mreža i veza (o čemu smo i ranije pisali na ovom portalu), čini se da neke mape ostaju čvrsto ukorijenjene i vrlo otporne na promjene. To može objasniti zašto je fantomska bol u amputiranom udu toliko uporna: korteks se ponaša kao da ruka i dalje šalje signale, a njihov nedostatak interpretira se kao neugoda ili bol. Kada se neuronski krugovi jednom uspostave, oni stvaraju stabilne obrasce koji mogu trajati desetljećima, pa čak i cijeli život, unatoč gubitku periferne ulazne informacije.

Dodatna važnost leži u tome što ovo istraživanje mijenja način na koji gledamo na fleksibilnost mozga. Popularna znanost često prikazuje mozak kao iznimno „mekan“ i prilagodljiv organ koji se neprestano remodelira, no ovi nalazi pokazuju da su neke strukture i obrasci začuđujuće nepromjenjivi.

Takva stabilnost ima i prednosti i mane: s jedne strane otežava prilagodbu na tjelesne gubitke, s druge strane pruža solidan temelj na kojem se može graditi razvoj suvremenih neuroprotetičkih tehnologija. U konačnici, razumijevanje ravnoteže između plastičnosti i stabilnosti postaje ključno za buduće terapije i za optimistične vizije spajanja čovjeka i stroja.

Od fantomske do bioničke ruke

Jer tek kad se u sve do sada opisano umiješa i bionička tehnologija, dolazimo do najzanimljivijeg dijela: ako mozak i dalje ima očuvanu mapu amputiranog uda, to znači da bi se ta mapa mogla iskoristiti za neuroprotetiku i kao temelj za preciznije sučelje između našeg živčanog sustava i stroja.

Današnje bioničke ruke i noge sve češće pokušavaju raditi u zatvorenoj neuralnoj petlji (closed neural loop) – gdje korisnik ne samo da mislima upravlja svojim pokretima, nego i osjeća povratne informacije s umjetnog uda. Takvi sustavi (o bioničkoj closed loop ruci smo pisali nedavno) uključuju složene algoritme koji prevode moždane signale u naredbe za protezu i istovremeno vraćaju informacije o pritisku, temperaturi ili položaju prstiju. Time se stvara osjećaj prirodnijeg korištenja, a pacijenti mogu brže steći kontrolu nad protezom.

Problem je donedavno bio u tome što se smatralo da je „mjesto“ u mozgu prazno ili preuređeno, pa bi ga trebalo ponovo trenirati dugotrajnim rehabilitacijskim vježbama. Novo istraživanje sugerira upravo suprotno: mapa je već ondje, samo čeka da ju se priključi, što otvara vrata bržem i jednostavnijem povezivanju s tehnologijom. To bi moglo značiti i da će buduće generacije neuroproteznih sustava biti manje ovisne o dugom učenju i prilagodbi, a više o kvaliteti mi preciznosti tehničkog povezivanja s mozgom.

Jedna od najvećih nada suvremene neuroprotetike je da će sustavi temeljeni na zatvorenoj petlji smanjiti ili posve otkloniti fantomsku bol: ako mozak konačno dobije smisleni signal iz „uda“ – makar on bio umjetan – iluzija gubitka mogla bi prestati, a bol oslabjeti i nestati.

Rad na bioničkoj budućnosti

U ovom trenutku na polju bioničkih ruku i nogu djeluje nekoliko vrlo različitih aktera. Američka agencija DARPA već godinama financira razvoj sofisticiranih proteza koje putem elektroda spojenih na živce mogu vratiti osjećaj dodira, gotovo poput prirodno.

Na drugom kraju spektra nalaze se kompanije poput Neuralinka, Synchrona ili Blackrock Neurotecha, koje ciljaju izravno povezati moždani korteks s računalima, s ciljem postizanja izravne veze između moždanog korteksa i računala (BCI, Brain-Computer Interface), otvarajući prostor za dosad nezamislivo preciznu komunikaciju između mozga i stroja. Istodobno, brojne manje tvrtke i startupovi širom svijeta eksperimentiraju s prototipovima umjetnih udova koji šalju podatke o opterećenju, vibraciji ili čak temperaturi, ne bi li korisnicima omogućili prirodniji doživljaj vlastitog tijela.

Ako kortikalne mape doista ostaju očuvane, svi ti projekti bi mogli dobiti snažan poticaj jer više ne moraju graditi temelje iznova, nego se mogu priključiti na postojeću „moždanu arhitekturu“. Time se značajno skraćuje put od laboratorijskih prototipova do medicinske primjene i povećava vjerojatnost da će tehnologija uistinu postati korisna u svakodnevnom životu.

U konačnici, ovakva otkrića otvaraju pitanje gdje prestaje čovjek, a počinje tehnologija: ako mozak ima očuvanu mapu izgubljenog dijela tijela kojega se može nadomjestiti strojevima, je li umjetna ruka manje „stvarna“ od biološke? Ili tek drugačije „utjelovljena“? Najtočniji odgovor možda daje sama neuroznanost: mozak ne pita odakle dolazi signal, nego ga tumači unutar postojeće mape neuronske topografije. Ako ta mapa ostaje očuvana, sve što preostaje jest ispravno popuniti prazninu -- za početak bioničkom napravom, a jednog dana možda i pravom biološkom kopijom izgubljenog dijela tijela.

^{Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Pobornik teorijske i praktične primjene medicine i znanosti temeljene na dokazima, opušta se upitno ne-stresnim aktivnostima: od pisanja znanstveno-popularnih tekstova u tiskanom i online-izdanju časopisâ BUG, crtkanja računalnih i old-school grafika i dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, fejsbučkog blogiranja o životnim neistinama i medicinskim istinama, sve do kuhanja upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivog sviranja bluesa.}