«Карта тела» в мозге не сдвигается: продольное fMRI показало стабильность представлений руки даже после ампутации

Классическая идея гласит: если руку ампутировали, «осиротевший» участок карты тела в первичной соматосенсорной коре (S1) быстро захватывают соседи - прежде всего губы и лицо. Новая работа в Nature Neuroscience ломает этот канон. Исследователи проследили трёх взрослых пациентов продольно - до ампутации и до пяти лет после неё - и сравнили их с контролями. Карта руки в S1 и моторной коре (M1) осталась поразительно похожей на исходную, а «расширения» зоны губ в «руку» не обнаружено. Иными словами, ампутация сама по себе не запускает крупномасштабной кортикальной «перепрошивки» - у взрослых стабильная внутренняя модель тела сохраняется и без периферического ввода.

Фон исследования

Классическая картинка соматотопии (тот самый «гомункулус» Пенфилда) долгое время дополнялась тезисом о «перекройке» коры после ампутации: мол, зона руки в первичной соматосенсорной коре (S1) быстро лишается входа и её «захватывает» соседняя проекция лица/губ, а степень такого ремаппинга связана с фантомной болью. Эту идею поддерживали кросс-секционные fMRI/MEG-работы и обзоры, а также отдельные клинические наблюдения о «передаче» ощущений с лица на фантомную кисть. Но доказательная база опиралась преимущественно на сравнение разных людей и методы «winner-takes-all», чувствительные к шума́м и выбору порогов.

За последние годы стали выходить более аккуратные карты, показывающие сложную и часто устойчивую организацию лица и руки в S1 у ампутантов: часть сигналов, принятых за «вторжение» губ, может быть артефактом анализа, а связь с фантомной болью - непостоянной. Критики указывали именно на методологию: «победитель забирает всё», малые ROI, отсутствие учёта фантомных движений и топ-down влияний. Многовоксельные подходы и RSA дают более нюансированную картину, где явного «захвата» лицом часто не видно.

Новое продольное исследование в Nature Neuroscience как раз закрывает главный пробел - сравнение «с самим собой» до ампутации и спустя месяцы/годы после. У трёх пациентов авторы сопоставили активации при движении пальцев руки (до) и «фантомной» руки (после), а также губ; дополнительно были контрольные группы и внешняя ампутационная когорта. Результат: карты руки и губ оставались поразительно стабильными, а признаков «расширения» лица в область руки не нашли; декодер, обученный на данных «до», успешно распознавал «после». Вывод - у взрослых соматосенсорные представления поддерживаются не только периферическим входом, но и внутренними моделями/намерениями.

Отсюда практический и теоретический эффект: интерфейсы мозг-компьютер и протезирование могут опираться на удивительно стабильные «карты» ампутированной конечности, а гипотеза «боль = ремаппинг» требует пересмотра в сторону других механизмов фантомной боли. В более общем плане работа смещает баланс в давнем споре о пластичности: зрелая соматотопия у человека оказывается гораздо устойчивее, чем предполагалось курсами по нейронауке.

Как они это проверили

Авторы применили продольный дизайн: у тех же людей регистрировали fMRI до операции и затем через 3 месяца, 6 месяцев и на поздних точках (1,5 или 5 лет). В сканере участники по команде шевелили пальцами (до ампутации) и «фантомными» пальцами (после), сжимали губы и сгибали пальцы стоп.

• Выборка и контроль: 3 пациента с плановой ампутацией верхней конечности; 16 здоровых контрольных (с повторными сканами); дополнительное сравнение с когортою 26 хронических ампутантов (в среднем 23,5 года после ампутации).
• Метрики карты: центры тяжести (COG) активности по S1, корреляции «паттерн-к-корреляту» до/после по каждому пальцу, декодирование движений линейным SVM (тренировка до ампутации → тест после и наоборот), оценка «проникновения» губ в область руки.
• Ключевые результаты по цифрам: продольные корреляции паттернов «палец-к-пальцу» были высокими (r≈0,68-0,91; p<0,001), точность декодера, обученного «до», оставалась выше шанса при тестировании «после» (≈67-90%), а границы «карты губ» не расширялись в «зону руки» даже к 1,5-5 годам.

Почему это важно для нейронауки и клиники

Работа показывает: «телесные» представления в S1 у взрослых поддерживаются не только периферическими сенсорными сигналами, но и восходящими/нисходящими (top-down) влияниями моторных намерений и внутренних моделей. Это объясняет, почему попытка подвигать «фантомной» рукой вызывает активность, похожую на нормальную руку, - и почему прежние кросс-секционные исследования могли переоценивать «вторжение» лица из-за методики «победитель забирает всё» без учёта фантомной активности. Для интерфейсов мозг-компьютер это отличная новость: детализированная и стабильная «карта» ампутированной конечности подходит для долгосрочных приложений. Для терапии фантомной боли вывод тоньше: современные операции и нейроинтерфейсы не «возвращают» карту на место - потому что она и так остаётся на месте; значит, целиться нужно в другие механизмы боли.

Что проверить дальше

Авторы аккуратно, но прямо заключают: у взрослых нет признаков дефицит-управляемой «перекройки» соматотопии S1 после ампутации; сохранение и реорганизация не исключают друг друга концептуально, но крупного «захвата» губами не видно при продольном измерении. Важно расширить выборку и стандартизовать задачи:

• Расширить N и возрастные диапазоны, проверить скорость/границы сохранности карт при разных причинах ампутации и уровнях моторного контроля до операции.
• Добавить объективные периферические маркёры, включая электромиографию культи и нейростимуляцию, чтобы разделять вклад нисходящих и периферических сигналов.
• Переосмыслить протоколы «ремаппинга», заменив «победитель забирает всё» на продольные, многовоксельные и классификационные анализы с явным учётом фантомных движений.

Коротко - главные тезисы

• Стабильность вместо «захвата»: карты руки и губ в S1/M1 у взрослых остаются стабильно расположенными до 5 лет после ампутации.
• Фантом - не воображение: попытки подвигать «фантомными» пальцами вызывают паттерны, статистически сходные с дооперационными движениями руки.
• Импликации: надежная основа для BCI-протезирования; пересмотр представлений о «дефицит-driven» пластичности; новые цели для терапии фантомной боли.

Источник: Schone H.R. и соавт. «Stable cortical body maps before and after arm amputation», Nature Neuroscience, 21 августа 2025 (Brief Communication). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7