Jak se mozek přizpůsobuje chybějící končetině?

ČRo Plus

začíná náš magazín o vědě, výzkumech a inovacích, tedy Věda plus. Jak se mozek přizpůsobuje chybějící končetině?

Mozek dětí, které se narodily bez ruky, se tomuto handicapu dokáže přizpůsobit už v raném věku. Mezinárodní tým vědců včetně Čechů publikoval v prestižním časopise Nature Communications novou studii na toto téma a ukazuje se, že u takových dětí dochází k rozsáhlé reorganizaci tzv. mozkové mapy těla. Oblast mozku, která by za běžných okolností reprezentovala ruku, nezůstává neaktivní. Místo toho začíná mozek reagovat na signály z jiných částí těla. Součástí týmu byli i vědci z Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze a moderátorka Martina Mašková v rozhovoru s Matějem Hofmanem ze skupiny humanoidní robotiky na tamní katedře kybernetiky zjišťovala, co je to mozková mapa těla.

mluvčí 8,

Tak, abychom mohli naše tělo dobře ovládat, musíme ho dobře znát. To znamená mozek musí mít nějaký model našeho těla. Takových oblastí je v mozku více, ale asi nejznámější je právě ona somatosenzorická mapa těla, někdy označovaná jako senzorický homunkulus. Je to takový ten pokřivený mužíček s obrovským obličejem a rukou a tuto mapu kůže nebo hmatu v mozku popsal už v polovině dvacátého století kanadský neurochirurg Wilder Penfield při operacích a pacientů s epilepsií.

00:08:04

mluvčí 9,

To znamená, že vlastně některé ty části těla tedy vysílají signály do mozku v různé míře nebo v různé intenzitě. No, pokud se tedy stane když se narodí dítě bez ruky bohužel tak co se tam přeskupí?

00:08:22

mluvčí 8,

Tak my jsme sledovali právě aktivace v mozku dětí a dospělých a zároveň jsme sledovali i jejich běžné chování při praktických úkolech, třeba jak otevírají krabičky, manipulují s předměty a měli jsme 2 skupiny. Měli jsme tedy děti a dospělé, které byly narozené bez ruky a normální populaci a chtěli jsme porovnat teda 2 věci, jak tělo skutečně používají a jak je uspořádané v mozku. No a výsledky nám ukázaly, že u lidí narozených bez ruky dochází k rozsáhlé reorganizaci toho homunkula, té mozkové mapy těla a právě ta oblast mozku, která je tam vlastně geneticky už připravená, aby reprezentoval ruku, tak pokud tu ruku ten daný člověk nemá, tak ona nezůstává neaktivní a místo toho začne vlastně zvyšovat ty vstupy z těch ostatních částí těla, které jsou normálně oslabené, ale neomezuje se jenom na to okolí té ruky, ale vlastně si to převezme aktivitu z obličeje, z ramena a i vlastně z celých částí naší kůže.

00:09:18

mluvčí 9,

My jsme mluvili o dětech, které už se narodí bez ruky, ale kdyby o tu ruku přišly, tak přizpůsobí se mozek rovněž nebo by to bylo pomalejší v jiném.

00:09:28

mluvčí 8,

Bylo by to je známo že vlastně mozek má tu plasticitu, tu schopnost té adaptace nejvyšší vlastně v dětství. Nicméně ta plasticita je tam přítomná i v dospělosti. To znamená, určitě by došlo k podobným změnám, ale byly by čím jsme starší, tím by vlastně ta kompenzace byla, řekněme, menší.

00:09:48

mluvčí 9,

Vy jste z týmu humanoidní robotiky, zabýváte se roboty, tedy ta vaše úloha v tom mezinárodním týmu vědců byla konkrétně jaká?

00:10:00

mluvčí 8,

Tak my jsme se Zdeňkem Strakou dělali výpočetní modelování. V tomto případě to znamená, že jsme vytvořili počítačový model, který zkouší vysvětlit, jak se ta mozková mapa může měnit, když chybí právě ty vstupy z ruky. A tam je nějaký mechanismus, ten se jmenuje Homeostatická plasticita. To znamená, že každý neuron v mozku si vlastně do určité míry hlídá, aby byl aktivní, přiměřeně dostal přiměřené množství vstupních signálů a když o některé vstupy přijde, tak začne zesilovat jiné, aby si tuto úroveň té aktivity udržel a tím pádem pokud Neuron v oblasti Mozku určene pro ruku nedostává signály z chybějící končetiny, začne zesilovat ty jiné vstupy z paže, zápěstí, někdy z obličeje. A právě tento mechanismus jsme pomohli vysvětlit naším výpočetním modelem.

00:10:44

mluvčí 9,

Pomůže vám to s rozvojem humanitních robotů a mohli by ti roboti pak zpětně zase posloužit medicíně?

00:10:51

mluvčí 8,

Tak naše skupina se zabývá humonoidními roboty s citlivou kůží na celém povrchu těla a aby mohli správně fungovat, tak naši roboti právě také potřebují funkční adaptivní plastické mapy svého těla a my používáme jako modely raného vývoje dětí a jejich mozku. To znamená, že když my vlastně dokážeme reprodukovat tyhlety mapy, jak se náš robot, který se, řekněme, právě narodil a hraje si se světem, tak tím pomůžeme osvětlit ty mechanismy právě důležité v tom raném vývoji mozku, což může mít i efekt právě do medicíny, pokud se ten mozek třeba nevyvíjí správně.

00:11:27

mluvčí 2,

Dodal v ranním plusu v rozhovoru s Martinou Maškovou Matěj Hofman z Fakulty elektrotechnické ČVUT.