Конкурс «Био/Мол/Текст»-2022/2023

Эта работа опубликована в номинации «Нейробиология» конкурса «Био/Мол/Текст»-2022/2023.

Партнер номинации — компания «Сесана»: — один из ведущих поставщиков оборудования и реагентов для полного цикла научного исследования.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

Наш мозг действительно удивительный механизм. Он может нас обманывать очень изощренными методами. Представьте, что вы начнете ощущать зуд в том месте, которого у вас вовсе не существует. Возможно, сейчас вам это покажется странным и нереалистичным, но я вас уверяю, что после прочтения этой статьи вы будете думать по-другому.

Как же так получается?

Достаточно часто после ампутации конечности человек все еще очень отчетливо ощущает ее существование [1]. Он чувствует примерную форму, в каком положении она находится и замечает, как она непроизвольно двигается. Такой феномен в медицине называют фантомной конечностью. Первые случаи пациентов с фантомной конечностью были описаны еще в 16 веке Амбруазом Паре, французским военным хирургом. В своих записях он упоминал, как люди после ампутации ноги еще долгое время жаловались на ощущение в ней боли. И только в 19 веке данный феномен получил свое название [2].

Что может чувствовать несуществующая рука?

Статистические данные говорят, что фантомные ощущения возникают в 90% случаев после ампутации конечности [3]. Это может быть жжение, зуд, судороги, изменение температуры, положения, ощущение, что кто-то или что-то сдавливает отсутствующую часть тела, и так далее. Одно из наиболее интересных явлений называется «телескопированием». Под этим термином подразумевается субъективное переживание того, что фантомная конечность постепенно уменьшается в размере, съеживается и как бы врастает в тело (рис. 1). Как ни удивительно, при ампутации «телескопирование» встречается довольно часто: примерно в ⅓ случаев [3].

Больше половины людей после ампутацией страдают от фантомной боли. Важно отметить, что в научной литературе понятия «фантомные ощущения» и «фантомная боль» принято разграничивать. Первое включает в себя все виды чувствительности, кроме боли. Последней отводится отдельное место. Фантомная боль после ампутации является огромной и актуальной на сегодняшний день проблемой. Болевые ощущения могут длиться от нескольких секунд до нескольких часов на протяжении многих лет. В тяжелых формах боль может быть постоянной, что значительно снижает качество жизни человека [4]. Таким образом, большинство современных исследований делают фокус именно на этом явлении.

Несмотря на то, что ампутация является одной из главных причин фантомных ощущений, существуют случаи, когда человек, рожденный без конечности (аплазия), чувствует ее присутствие. Это достаточно редкое явление, получившее обнародование только в 1961 году благодаря публикации исследования о пяти детях, имеющих фантомную чувствительность в отсутствующих с рождения конечностях. Согласно описанию, ощущения, которые испытывали дети, были такими же, как у пациентов с ампутацией: они знали, в каком положении находится конечность, какой она формы и иногда даже могли произвольно ею управлять [5].

Так как же это работает?

На настоящий момент существует несколько альтернативных теорий о причинах возникновения и мозговых механизмах фантомной конечности: теория реорганизации коры, теория схемы тела, теория нейроматрикса [6].

Никто не останется без работы

Одна из ведущих теорий, объясняющих фантомные ощущения и боль — теория реорганизации коры головного мозга. Под реорганизацией имеется в виду, что области коры, отвечающие за определенные функции, при некоторых обстоятельствах перестраиваются — перестают быть ответственными за свою функцию, а также берут на себя другие задачи. Это явление часто встречается в случае поражения мозга в результате, например, травмы или инсульта. Функция, свойственная пораженному участку мозга, может переместиться в другую, обычно близлежащую, область. Процесс реабилитации после инсульта как раз заключается в том, чтобы постараться не потерять важную для жизнедеятельности когнитивную функцию и восстановить ее работу на базе новых нейронных сетей.

В случае фантомной конечности реорганизация касается двух зон: соматосенсорной коры, получающей ощущения от различных частей тела, и первичной моторной коры, отвечающей за выполнение и контроль произвольных движений. В учебниках по нейрофизиологии часто можно встретить изображение «коркового гомункулуса», представляющего собой карту репрезентаций различных органов и частей тела в сенсорной и моторной коре. На рисунке 2 можно увидеть, что эта репрезентация нарушает реальные пропорции тела человека. К примеру, кортикальная область, связанная с лицом и ладонями гораздо больше, чем область, отвечающая за череп или торс (рис. 2) [7].

После ампутации репрезентативная зона конечности в моторной и сенсорной коре остается без функций. Но это ненадолго! Мозг — это пластичная система. Если что-то по какой-то причине перестает работать или происходят другие изменения в организме, наш мозг не оставит это незамеченным. Область мозга, утратившая прежнюю функцию, благодаря реорганизации находит новую работу: она начинает помогать соседним областям и отвечать на стимуляцию частей тела, связанных с ними [8].

Эта теория находит подтверждение в исследованиях с участием обезьян и людей с ампутированными верхними конечностями. Было обнаружено, что область репрезентации ладони и пальцев реорганизовалась в соседнюю область, ответственную за чувствительность губ [9]. Несмотря на то, что губы и ладонь кажутся нам совершенно далекими друг от друга частями тела, их репрезентация в головном мозге в моторной и сенсорной коре находятся рядом. Поэтому при стимулировании губ человек может испытывать ощущения в ладони. Таким образом, фантомные ощущения несуществующей конечности — побочный продукт стимулирования близлежащей области мозга.

Я вижу, что руки нет, но я ее чувствую!

Другая теория касается понятия «схемы тела». Схема тела — это внутренняя динамическая репрезентация механических и пространственных качеств тела. Простыми словами — это модель нашего тела, которая сконструирована нашим мозгом на основе поступающих сигналов (рис. 3). Благодаря ей мы чувствуем, в каком положении находится наше тело в пространстве. Схема тела очень пластична: постоянно изменяется и корректируется в соответствии с действительностью.

Внутренняя схема тела основывается на информации, поступающей от зрительной системы, вестибулярного аппарата, проприоцепции — ощущения тела в пространстве, соматосенсорной системы, системы движений [10]. Это достаточно сложный механизм, включающий множество компонентов, но не достигающий уровня сознания. Что это означает? Человек знает, помнит и даже видит собственными глазами, что его нога была ампутирована, но он все равно уверен в том, что она существует, так как у него есть четкое и ясное ощущение ее присутствия [11]. Получается, в рамках настоящей теории, ощущение фантомной конечности — результат нарушения схемы тела, которая не была скорректирована в соответствии с новыми условиями.

А как же тогда быть со случаями фантомной конечности у тех, кто родился без нее? Как раз этот случай заставил исследователей предположить, что существует врожденный прототип схемы тела, который, возможно, и не соответствует реальному положению дел [12].

Нейроматрикс

В 1989 Рональд Мельзак впервые описал свой взгляд на возникновение фантомной чувствительности и боли — теорию нейроматрикса. Эта модель, по сути, является расширенной версией теории схемы тела. Она утверждает, что существует сеть нейронов, объединяющая информацию от соматосенсорных, лимбических, зрительных и таламокортикальных структур, и на основе этого создает центральную корковую репрезентацию личности — нейроматрикс.

Мельзак ввел еще одно сложное слово в свою теорию — нейросигнатура. Это активность, генерируемая мозгом, базирующаяся на осознанном восприятии своего тела. Он предполагал, что причиной появления фантомной конечности является отсутствие входных данных в нейроматрикс от ампутированной конечности, что искажает нейросигнатуру и приводит к ошибке в системе [13].

Изгнание призрака конечности

Мы уже упоминали в самом начале статьи, что фантомная чувствительность, а в особенности фантомные боли, представляют собой сложную проблему. Значительный процент людей после ампутации переживает болевые ощущения, что сильно сказывается на их физическом функционировании и психологическом здоровье. Давайте рассмотрим, какие современные методы могут помочь справиться с этим надоедливым призраком. За последние годы появилось достаточно много видов терапии фантомной боли; мы обсудим некоторые из них.

Фармакотерапия

В фармакологическом подходе боль рассматривается как симптом и, следовательно, задача состоит в том, чтобы его просто устранить. Ученые все еще ищут «идеальное решение» для устранения или уменьшения фантомных болей, так как большинство исследований с различными веществами пока не показали однозначного и стойкого результата у данной группы людей [14].

Протезирование

Новые технологии и вправду способны улучшить жизнь, особенно если это касается боли в фантомной конечности. Одно из самых эффективных средств для возвращения к полноценной жизни — это установка нейропротеза. Данное оборудование взаимодействует с костями, мышцами и нервами тела человека посредством сенсомоторной обратной связи, что должно остановить корковую реорганизацию и предотвратить появление фантомных ощущений. Пока что подтверждение эффективности этого метода можно наблюдать только в исследованиях с небольшими группами испытуемых или на основе личных наблюдений врачей. Результаты одного из исследований эффективности этой техники показали, что в 11% случаев фантомная конечность «воплощается» в протезе, другими словами, становится протезом, и в 17% случаев ощущение фантомной конечности исчезает с появлением протеза. Такой эффект позволяется избавится от боли и других нежелательных ощущений [15]. Подробнее о нейропротезировании можно узнать в статье «Что такое нейропрозерирование? Это вредно?» [16].

Зеркальная терапия

Является одним из наиболее экономичных и распространенных методов в практике лечения фантомной боли. Она предполагает размещение зеркала так, чтобы оно находилось в поле зрения и отражало сохранную контралатеральную конечность (рис. 4).

В это время человека просят параллельно совершать одни и те же движения двумя конечностями. Благодаря зрительной обратной связи наблюдается уменьшение боли и нормализация корковой организации. Однако далеко не все признают этот метод серьезным. Иногда зеркало могут заменить зеркальными очками или очками виртуальной реальности [17].

Физиотерапия и стимуляция мозга

В последние годы методы мозговой стимуляции, как дополнение к поведенческой терапии, все чаще становятся частью процесса нейрореабилитации. Метод транскраниальной стимуляции постоянным током [18] способствует восстановлению нарушений в сенсомоторной коре и позволяет усилить эффект от физической терапии. Данная неинвазивная и безболезненная техника позволяет стимулировать области мозга с помощью магнитных импульсов, способствуя процессам реорганизации или подавляя их.

Итак, фантомная чувствительность, с одной стороны, представляет собой сложную проблему: механизмы появления феномена все еще остаются непонятными, вероятность болевых ощущений высока, способов лечения много, но они не всегда и не всем помогают. С другой стороны, наличие этого явления позволяет нам лучше узнать механизмы работы нашего мозга, в особенности, как работает телесная репрезентация и осознанность. В настоящее время феномен фантомной чувствительности и фантомной боли изучается в научных лабораториях по всему миру, но такие исследования значительно ограничены небольшим количеством испытуемых. Научно-технический прогресс за последние годы предложил множество новых методов лечения такого недуга: нейропротезирование, очки виртуальной реальности, неинвазивная стимуляция мозга. Будем надеятся, что в ближайшем будущем появятся новые техники, которые смогут облегчить жизнь многим людям с фантомными ощущениями.

Литература

1. Anna Stankevicius, Sarah B. Wallwork, Simon J. Summers, Brenton Hordacre, Tasha R. Stanton. (2021). Prevalence and incidence of phantom limb pain, phantom limb sensations and telescoping in amputees: A systematic rapid review. Eur. J. Pain. 25, 23-38;
2. Annie Woodhouse. (2005). Phantom limb sensation. Clin Exp Pharmacol Physiol. 32, 132-134;
3. Pedro Montoya, Wolfgang Larbig, Norbert Grulke, Herta Flor, Edward Taub, Niels Birbaumer. (1997). The relationship of phantom limb pain to other phantom limb phenomena in upper extremity amputees1. Pain. 72, 87-93;
4. Michael Bressler, Joachim Merk, Johannes Heinzel, Martin V. Butz, Adrien Daigeler, et. al.. (2022). Visualizing the Unseen: Illustrating and Documenting Phantom Limb Sensations and Phantom Limb Pain With C.A.L.A.. Front. Rehabilit. Sci.. 3;
5. R Melzack. (1997). Phantom limbs in people with congenital limb deficiency or amputation in early childhood. Brain. 120, 1603-1620;
6. Kassondra L. Collins, Hannah G. Russell, Patrick J. Schumacher, Katherine E. Robinson-Freeman, Ellen C. O’Conor, et. al.. (2018). A review of current theories and treatments for phantom limb pain. Journal of Clinical Investigation. 128, 2168-2176;
7. Erika Kropf, Sabrina K. Syan, Luciano Minuzzi, Benicio N. Frey. (2019). From anatomy to function: the role of the somatosensory cortex in emotional regulation. Braz. J. Psychiatry. 41, 261-269;
8. Culp C., Abdi S. (2022). Current Understanding of Phantom Pain and its Treatment. Pain physician. 25, 941–957;
9. M. Lotze. (2001). Phantom movements and pain An fMRI study in upper limb amputees. Brain. 124, 2268-2277;
10. Melita J. Giummarra, Stephen J. Gibson, Nellie Georgiou-Karistianis, John L. Bradshaw. (2007). Central mechanisms in phantom limb perception: The past, present and future. Brain Research Reviews. 54, 219-232;
11. Á. Mayer, K. Kudar, K. Bretz, J. Tihanyi. (2008). Body schema and body awareness of amputees. Prosthetics & Orthotics International. 32, 363-382;
12. Giovanni Berlucchi, Salvatore Aglioti. (1997). The body in the brain: neural bases of corporeal awareness. Trends in Neurosciences. 20, 560-564;
13. Ronald Melzack. (1999). From the gate to the neuromatrix. Pain. 82, S121-S126;
14. Neil Hall, Sam Eldabe. (2018). Phantom limb pain: a review of pharmacological management. British Journal of Pain. 12, 202-207;
15. Melita J. Giummarra, Nellie. Georgiou-Karistianis, Michael E. R. Nicholls, Stephen J. Gibson, Michael. Chou, John L. Bradshaw. (2010). Corporeal awareness and proprioceptive sense of the phantom. British Journal of Psychology. 101, 791-808;
16. Что такое нейропротезирование? Это вредно?;
17. Max Ortiz-Catalan. (2018). The Stochastic Entanglement and Phantom Motor Execution Hypotheses: A Theoretical Framework for the Origin and Treatment of Phantom Limb Pain. Front. Neurol.. 9;
18. Лекарство от депрессии: как электричество разгоняет тоску.