Arti fantasma e cervelli ricablati

Braccia, gambe, dita delle mani e dei piedi fantasma: apparentemente roba da film dell'orrore. Eppure per quasi il 70 percento dei 4 milioni di amputati negli Stati Uniti, sensazioni vivide nelle parti mancanti del corpo, come pressione, formicolio, calore, freddo e dolore che possono essere sia costanti che atroci, sono fin troppo reali.

Gli arti fantasma hanno sconcertato gli scienziati per anni. Ma studi recenti hanno fatto luce sui possibili meccanismi alla base del fenomeno, comprese le prove che i neuroni nel cervello che ricevono input da un arto possono ricablarsi per cercare input da altre fonti dopo che l'arto è stato amputato. Questi risultati sfidano la convinzione di vecchia data che il cervello sia immutabile oltre una certa età e stanno portando i ricercatori a sviluppare nuove terapie per le vittime del dolore dell'arto fantasma e di alcune lesioni del midollo spinale.

Questa storia faceva parte del nostro numero di gennaio 1997

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Per anni, gli psicologi hanno attribuito le sensazioni dell'arto fantasma al desiderio di appagamento, una condizione puramente psicologica. Poi, nel 1984, un team guidato da Michael Merzenich, neuroscienziato dell'Università della California a San Francisco, condusse esperimenti che iniziarono a spiegare gli arti fantasma come una vera risposta fisiologica. Merzenich e i suoi colleghi hanno prima amputato il dito medio di un gruppo di scimmie gufo adulte e successivamente hanno stimolato le dita della mano di ciascuna scimmia che erano adiacenti al moncone dell'amputazione.

Posizionando microelettrodi, che rilevano i cambiamenti elettrochimici nei neuroni attivi, in varie aree del cervello delle scimmie, Merzenich ha scoperto che la regione della corteccia che originariamente si attivava in risposta alla stimolazione del dito amputato veniva ora attivata ogni volta che toccava i due adiacenti dita. I neuroni non avevano risposto alla stimolazione di queste dita prima dell'amputazione.

Nel 1991, Timothy Pons, neuroscienziato presso il Laboratorio di Neuropsicologia presso l'Istituto Nazionale di Salute Mentale, ha ampliato le scoperte di Merzenich. Lavorando con macachi adulti, Pons e i suoi colleghi hanno deafferentato, o tagliato, i nervi che comunicavano le informazioni sensoriali tra la corteccia e il braccio, l'avambraccio, la mano e la parte posteriore della testa. Il team ha quindi stimolato varie parti del corpo e ha scoperto che la parte della corteccia che in precedenza aveva risposto al braccio e alla parte posteriore della testa ora rispondeva alla stimolazione del viso. Come l'edera che si diffonde sul mattone nudo, crede Pons, i neuroni circostanti hanno invaso l'area corticale incolta corrispondente agli arti deafferentati, permettendogli di rispondere alla stimolazione da altre parti del corpo.

prove umane

L'anno successivo, Vilayanur Ramachandran, neuroscienziato dell'Università della California a San Diego, condusse esperimenti su persone a cui era stato amputato un braccio o un dito. Bendando gli occhi ai suoi pazienti, ha applicato pressione su diverse parti del loro corpo. Confermando i risultati di Pons, Ramachandran ha scoperto diversi soggetti che hanno riferito che la pressione applicata al viso sembrava provenire sia dal viso che dalla mano fantasma.

Ramachandran afferma che questa scoperta aveva senso perché il territorio corticale un tempo corrispondente al braccio risiedeva accanto a quello corrispondente al viso. E proprio come le persone in piedi accanto agli sgabelli in un bar affollato hanno maggiori probabilità di ottenere quei posti quando le persone se ne vanno, i neuroni vicini a un'area che non riceve più input hanno le migliori opportunità di trasferirsi.

Ramachandran ha sostenuto che il dolore associato agli arti fantasma potrebbe verificarsi quando i neuroni si spostano in nuove aree ma svolgono un lavoro difettoso di ricablaggio. Errori nella rimappatura corticale, dice, come il cablaggio incrociato del tocco e l'input del dolore potrebbero spiegare il dolore, ad esempio, in un braccio fantasma che si verifica da un tocco benigno sul viso.

Gli studi sull'uomo hanno anche mostrato che la riorganizzazione corticale si è verificata più rapidamente di quanto si sospettasse in precedenza. Mentre Pons aveva studiato primati che erano stati deafferentati per 11 anni, Ramachandran ha trovato prove simili in persone i cui arti erano stati amputati solo quattro settimane prima degli esperimenti.
La nozione di ricrescita neurale e riorganizzazione corticale rappresenta un cambiamento radicale nel modo in cui gli scienziati vedono il cervello. Storicamente, si pensava che ci fosse una finestra critica di opportunità durante lo sviluppo quando il cervello è cablato, dice Pons. Ora, dice, sembra che il cervello mostri una sorprendente quantità di plasticità per tutta la vita.

Terapie potenziali

Tale plasticità potrebbe essere la chiave per potenziali terapie non solo per il dolore dell'arto fantasma, ma anche per altre afflizioni del sistema nervoso centrale, comprese le lesioni del midollo spinale in cui l'infiammazione o la pressione bloccano i percorsi neurali. Infatti, negli ultimi mesi, Pons e il suo collega David Good, direttore del Bowman Gray School of Medicine Rehabilitation Center presso la Wake Forest University in North Carolina, hanno osservato pazienti con lesioni del midollo spinale, confrontando il grado di guarigione con il quantità di riorganizzazione corticale misurata dalle scansioni MRI.

Come previsto, i ricercatori hanno scoperto che coloro che hanno sperimentato la minor quantità di riorganizzazione hanno avuto anche il recupero più completo. Se i neuroni non si riorganizzano, spiega Pons, una volta che le cose tornano alla normalità nel midollo spinale, la corteccia rimarrà invariata e sarà in grado di funzionare con il midollo spinale come prima.

Pons e Good pensano che prevenire artificialmente la riorganizzazione corticale potrebbe quindi aiutare i pazienti a riprendersi da tali lesioni del midollo spinale, anche se avvertono che l'approccio non sarebbe di alcuna utilità nei casi in cui il midollo spinale è effettivamente reciso. Un approccio per bloccare la riorganizzazione corticale che i ricercatori stanno studiando prevede l'uso di DAP-V, un farmaco che inibisce l'attività elettrochimica del glutammato, un neurotrasmettitore nel cervello.

Normalmente, il glutammato consente la comunicazione tra i neuroni mentre trasmettono messaggi elettrochimici l'uno all'altro da uno stimolo esterno, come un colpo alla mano, fino al cervello. Allo stesso modo, dopo una lesione o un'amputazione del midollo spinale, quando i neuroni smettono improvvisamente di ricevere segnali in ingresso dai loro vicini, il glutammato consente ai neuroni abbandonati di connettersi con altri neuroni che forniranno loro stimolazione, migliorando così la riorganizzazione corticale.

Pons e Good affermano che legare i recettori del glutammato con DAP-V impedirà la comunicazione neurone-neurone, in modo che i neuroni abbandonati, che non comunicano più con i loro partner per tutta la vita, non saranno in grado di comunicare con eventuali nuovi partner , o. Pertanto, i ricercatori ritengono che i neuroni rimarranno legati ai loro compagni. E quando il blocco al midollo spinale si dissolve, le connessioni e le funzioni corticali originali rimarranno intatte.

Infine, poiché la riorganizzazione corticale che avviene dopo l'amputazione è così simile al ricablaggio che si verifica dopo le lesioni del midollo spinale, Pons spera che un agente farmacologico come il DAP-V che prevenga la riorganizzazione neurale nella corteccia possa anche aiutare a prevenire l'arto fantasma. dolore negli amputati. I ricercatori avvertono, tuttavia, che questa ricerca è agli inizi e deve ancora affrontare questioni di base come il modo in cui il farmaco potrebbe essere somministrato e se potrebbe essere somministrato per un breve periodo dopo l'amputazione o se deve essere somministrato a tempo indeterminato.

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