De nouvelles preuves de l'IRMf montrent que les cartes des mains et des lèvres du cerveau restent stables des années après l'amputation, remodelant notre compréhension de la neuroplasticité et guidant les futures stratégies de prothèse et de réhabilitation.
Étude: cartes corticales stables avant et après l'amputation du bras. Crédit d'image: soixante-quinzaine / Shutterstock
Dans une étude récente publiée dans Neuroscience de la natureun groupe de chercheurs a testé si l'amputation du bras adulte déclenche une réorganisation corticale à grande échelle en suivant les représentations des mains et des lèvres avec imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) avant et jusqu'à 5 ans après la chirurgie.
Sommaire
Arrière-plan
Pendant des décennies, les élèves ont appris qu'après une main perdue, le visage envahit son territoire dans le cerveau. Pourtant, les amputés ressentent des doigts fantômes vifs et peuvent essayer de les déplacer, suggérant des cartes préservées. Les études animales classiques et l'imagerie humaine précoce ont soutenu une réorganisation approfondie dans le cortex somatosensoriel primaire (S1). Le travail humain plus récent indique la stabilité, avec des mouvements fantômes engageants des modèles manuels.
Les auteurs soulignent également que l'activité fantôme peut être confirmée par des contractions musculaires résiduelles des membres, indiquant de véritables tentatives motrices plutôt que des actions imaginées. Le domaine manque de données longitudinales suivant les mêmes personnes à travers la chirurgie.
Les comparaisons des hémisphères affectées et non affectées et la réplication dans le cortex moteur primaire (M1) sont essentielles pour concilier les modèles, et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour identifier qui se réorganise, quand et pourquoi.
À propos de l'étude
Trois adultes prévus pour une amputation unilatérale du bras (P1, P2, P3) ont été étudiés deux fois avant la chirurgie et à 3 mois, 6 mois et au suivi (1,5 ans pour P1; 5 ans pour P2). Seize témoins valides (CTRL) ont été scannés à quatre séances sur 6 mois; Un groupe distinct de 22 témoins plus jeunes a également été analysé pour P1.
Un groupe d'amputé chronique (n = 26) a fourni un contexte. L'IRMf a été acquise sur un scanner 3 Tesla. La magnétisation pondérée en T1 a préparé un gradient d'acquisition rapide et une imagerie plane d'écho et un niveau d'oxygénation du sang (BOLD) Écho, l'imagerie plane a été collectée (temps de répétition (TR) 1,5 s, temps d'écho (TE) 35 ms, champ de vision (FOV) 212 mm, voxels isotropiques 2 mm).
Pendant la numérisation, les participants ont effectué des mouvements de chaque doigt, lèvres et pieds; Après la chirurgie, ils ont tenté des mouvements de la main fantôme et effectué des scans de contrôle des images. Les analyses se sont concentrées sur S1, la zone Brodmann 3B (BA3B), avec réplication dans M1. Un modèle linéaire général (GLM) Poids bêta de l'état estimé.
Les analyses multivoxels ont inclus le décodage de la machine vectorielle de support (SVM) à travers les séances et l'analyse de similitude de représentation (RSA) en utilisant des distances de Mahalanobis à validation croisée. Définitions de la région d'intérêt (ROI), décalages de centre de gravité (COG) et paramètres de lissage (pleine largeur à moitié maximum (FWHM) 3 mm) ont suivi les procédures.
unChronologie expérimentale. Des analyses avant et après l'amputation ont été effectuées sur 4 à 5 points de temps: deux fois avant et à 3 mois, 6 mois et 1,5 (P1) / 5 ans (P2) après l'amputation. bIllustration représentant les trois participants 6 mois après l'amputation, y compris leur description subjective de leur position de membre fantôme. cLes mouvements fantômes ne sont pas imaginaires. Carte de contraste de l'activité univariée (Z-Sored) affichant les tentatives d'un participant d'ouvrir et de fermer la main fantôme par rapport à l'imagination du mouvement, 6 mois après l'amputation. dCartes d'activation corticales de la main (rouge) et de la lèvre (bleue) (contrastées avec les mouvements des pieds) dans l'hémisphère de la main affecté à travers 4 à 5 séances. Toutes les cartes ont été minimales à 33% de la statistique Z maximale et ont utilisé une échelle de couleurs commune (la statistique Z maximale du participant> 4,5). Les participants ont convenu que leur image reproduit. Illustrations du cerveau dans un ont été créés dans Biorerender.
Résultats de l'étude
À travers les séances s'étendant avant et après la chirurgie, les trois participants de cas ont généré des sensations de la main fantôme et pourraient tenter de tentative de mouvements de doigts fantômes; Le mouvement fantôme a produit une activité plus forte que d'imaginer un mouvement et s'est accompagné de contractions musculaires résiduelles dans le souche, confirmant un véritable contrôle moteur.
L'activité de la main et des lèvres dans l'hémisphère controlatéral à la main manquante a été suivie au fil du temps en utilisant des tâches appariées. Les déplacements de COG pour les doigts de la main et individuels sont tombés dans la distribution CTRL valide à 6 mois, et les modèles de doigts voxelwise avant l'amputation étaient fortement corrélés avec ceux du scan final.
Les décodeurs formés sur les paires de doigts préamputation classifiées des modèles post-amputation au-dessus du hasard, et la RSA avec des distances de Mahalanobis validées a confirmé une cohérence significative entre les séances, y compris des suivis à long terme. Ensemble, ces mesures multivoxels indiquent la stabilité de la carte des mains dans S1, avec des preuves similaires dans M1.
L'étude a également testé une prédiction centrale de la remappage: augmentation de l'activité des lèvres dans la région de la main S1 privée et expansion des limites de la carte des lèvres vers le territoire de la main. Aucun des deux schémas n'a émergé. À travers les points de temps, l'activité univariée des lèvres dans la région de la main est restée dans la gamme CTRL, le rouage des lèvres ne dérivait pas vers la main et les limites de la carte des lèvres n'ont montré aucune expansion.
Un participant (P2) a montré une augmentation temporaire de la distance de représentation des lèvres et du couple à 6 mois, qui est revenu à la plage typique de 5 ans. Par rapport à une cohorte chronique des amputés (n = 26; environ 23,5 ans depuis l'amputation) et une cohorte de CTRL secondaire (n = 18), le COGS fantôme des participants et les lèvres des participants est tombé dans les distributions de groupe et l'activité des lèvres dans la région de la main S1 correspondait au modèle d'amputé chronique.
Les auteurs notent que certains participants du cas ont montré légèrement, mais pas significativement, une activité des lèvres plus élevée que les amputés chroniques.
Des écarts transitoires ont été détectés mais étaient idiosyncratiques plutôt que systématiques. À 6 mois, P1 a montré une réduction temporaire de la sélectivité moyenne des doigts par rapport aux CTRL qui sont revenus à la plage typique de 1,5 ans; P3 a montré une réduction transitoire similaire du décodage à 6 mois. P2 avait déjà réduit la précision de classification avant la chirurgie en raison d'un contrôle moteur altéré, ce qui complique l'interprétation des changements post-amputation.
Les auteurs notent que certaines réductions transitoires n'ont pas survécu à la correction statistique et peuvent refléter la variabilité de l'échantillonnage du classificateur entre les longs intervalles. Dans l'hémisphère non affecté, la sélectivité intacte des doigts à la main et les métriques des lèvres ont montré une variabilité typique de session / session par rapport aux CTRL.
Une analyse distincte a révélé que pour la main manquante, seul P3 a montré une brève réduction de la corrélation inter-doigts moyenne à 3 mois, qui s'est normalisée de 6 mois.
Dans l'ensemble, les preuves longitudinales démontrent des cartes corticales stables à la main et aux lèvres à travers l'amputation, avec seulement des réductions brèves et spécifiques aux participants près de la fenêtre post-amputation précoce.
Conclusions
Chez les adultes, l'amputation du bras n'a pas déclenché une remappage à grande échelle de S1 ou M1. Les représentations des mains et les cartes LIP sont restées topographiquement stables, tandis que la structure multivoxel pourrait être décodée à travers la chirurgie, avec de brèves creux tôt après l'amputation.
Les résultats soutiennent un changement conceptuel plus profond: S1 n'est pas un relais passif de l'entrée périphérique mais maintient un modèle de corps interne et résilient qui persiste même après la perte sensorielle. Cette stabilité est cliniquement importante, car elle soutient les stratégies de formation qui tirent parti des représentations de mains intactes pour le contrôle prothétique et pour la neurostimulation ciblée ou la rétroaction sensorielle. La conception longitudinale, le petit échantillon et la généralisation de la cohorte adulte et la plasticité des enfants peuvent différer.
Les travaux futurs devraient tester diverses étiologies, âges et voies de réadaptation pour déterminer quand les cartes corticales se réorganisent et comment les interventions façonnent les résultats.
