'Peta tubuh' otak tidak bergeser: fMRI longitudinal menunjukkan stabilitas representasi tangan bahkan setelah amputasi

Gagasan klasiknya adalah jika lengan diamputasi, wilayah peta tubuh yang terabaikan di korteks somatosensori primer (S1) akan segera diambil alih oleh tetangganya, terutama bibir dan wajah. Sebuah makalah baru di Nature Neuroscience mematahkan anggapan tersebut. Para peneliti mengamati tiga pasien dewasa secara longitudinal, sebelum dan hingga lima tahun setelah amputasi, dan membandingkan mereka dengan kelompok kontrol. Peta tangan di S1 dan korteks motorik (M1) tetap sangat mirip dengan aslinya, dan tidak ada "ekspansi" wilayah bibir ke "tangan". Dengan kata lain, amputasi itu sendiri tidak memicu "pengaturan ulang" kortikal skala besar—orang dewasa mempertahankan model tubuh internal yang stabil bahkan tanpa masukan perifer.

Latar Belakang Penelitian

Gambaran klasik somatotopi (yang sama persis dengan "homunculus" Penfield) telah lama dilengkapi dengan tesis "pemetaan ulang" korteks setelah amputasi: konon, zona tangan di korteks somatosensori primer (S1) dengan cepat kehilangan input dan "ditangkap" oleh proyeksi wajah/bibir di sekitarnya, dan tingkat pemetaan ulang tersebut berkaitan dengan nyeri fantom. Gagasan ini didukung oleh studi dan tinjauan fMRI/MEG lintas seksi, serta observasi klinis individual tentang "transfer" sensasi dari wajah ke tangan fantom. Namun, basis bukti terutama bergantung pada perbandingan berbagai orang dan metode "pemenang mengambil semuanya", yang sensitif terhadap noise dan pemilihan ambang batas.

Dalam beberapa tahun terakhir, peta yang lebih akurat telah muncul yang menunjukkan organisasi wajah dan tangan yang kompleks dan seringkali stabil pada S1 pada pasien amputasi: beberapa sinyal yang dianggap sebagai "invasi" bibir mungkin merupakan artefak dari analisis, dan hubungannya dengan nyeri fantom tidak konsisten. Kritikus secara khusus menyoroti metodologi "pemenang mengambil semuanya", ROI yang kecil, dan kurangnya pertimbangan terhadap gerakan fantom dan pengaruh dari atas ke bawah. Pendekatan multivoksal dan RSA memberikan gambaran yang lebih bernuansa, di mana "penangkapan" yang jelas oleh wajah seringkali tidak terlihat.

Sebuah studi longitudinal baru di Nature Neuroscience menutup celah utama – sebuah perbandingan "dengan diri sendiri" sebelum amputasi dan beberapa bulan/tahun setelahnya. Pada tiga pasien, penulis membandingkan aktivasi selama gerakan jari tangan (sebelum) dan tangan "hantu" (setelah), serta bibir; terdapat juga kelompok kontrol dan kohort amputasi eksternal. Hasil: peta tangan dan bibir tetap sangat stabil, dan tidak ditemukan tanda-tanda "ekspansi" wajah ke tangan; dekoder yang dilatih pada data "sebelum" berhasil mengenali "setelah". Kesimpulan – pada orang dewasa, representasi somatosensori didukung tidak hanya oleh masukan perifer, tetapi juga oleh model/intensi internal.

Oleh karena itu, implikasi praktis dan teoretisnya: antarmuka otak-komputer dan prostetik dapat mengandalkan "peta" anggota tubuh yang diamputasi yang secara mengejutkan stabil, dan hipotesis "nyeri = pemetaan ulang" memerlukan revisi yang mendukung mekanisme lain dari nyeri fantom. Secara lebih umum, penelitian ini menggeser keseimbangan dalam perdebatan panjang tentang plastisitas: somatotopi dewasa pada manusia ternyata jauh lebih stabil daripada yang diasumsikan dalam mata kuliah ilmu saraf.

Bagaimana mereka memeriksanya?

Para penulis menggunakan desain longitudinal: fMRI direkam dari orang yang sama sebelum operasi, kemudian pada 3 bulan, 6 bulan, dan seterusnya (1,5 atau 5 tahun). Di dalam pemindai, peserta diinstruksikan untuk menggerakkan jari-jari mereka (sebelum amputasi) dan jari-jari "hantu" (setelah amputasi), mengerutkan bibir, dan menekuk jari-jari kaki.

• Sampel dan kontrol: 3 pasien dengan amputasi anggota tubuh bagian atas elektif; 16 kontrol sehat (dengan pemindaian ulang); perbandingan tambahan dengan kelompok 26 orang yang diamputasi kronis (rata-rata 23,5 tahun pasca-amputasi).
• Metrik peta: pusat gravitasi (COG) aktivitas di S1, korelasi pola pra/pasca-untuk-mengorelasikan setiap jari, decoding gerakan SVM linear (latihan sebelum amputasi → tes setelah dan sebaliknya), penilaian penetrasi bibir ke area tangan.
• Hasil numerik utama: korelasi longitudinal pola jari ke jari tinggi (r≈0,68-0,91; p<0,001), akurasi dekoder yang dilatih “sebelum” tetap di atas peluang ketika diuji “sesudah” (≈67-90%), dan batas “peta bibir” tidak meluas ke “zona tangan” bahkan hingga 1,5-5 tahun.

Mengapa ini penting untuk ilmu saraf dan praktik klinis?

Penelitian ini menunjukkan bahwa representasi "tubuh" dalam S1 pada orang dewasa tidak hanya didukung oleh sinyal sensorik perifer, tetapi juga oleh pengaruh top-down dari intensi motorik dan model internal. Hal ini menjelaskan mengapa upaya menggerakkan tangan "hantu" memicu aktivitas yang serupa dengan tangan normal, dan mengapa studi potong lintang sebelumnya mungkin melebih-lebihkan "intrusi" wajah karena pendekatan "pemenang mengambil semuanya" yang tidak memperhitungkan aktivitas hantu. Ini merupakan kabar baik bagi antarmuka otak-komputer: "peta" yang detail dan stabil dari anggota tubuh yang diamputasi cocok untuk aplikasi jangka panjang. Untuk terapi nyeri hantu, implikasinya lebih halus: operasi dan antarmuka saraf saat ini tidak "mengembalikan" peta tersebut karena sudah ada; oleh karena itu, mekanisme nyeri lain perlu ditargetkan.

Apa yang harus diperiksa selanjutnya

Para penulis menyimpulkan dengan hati-hati namun lugas: tidak ada bukti "remodeling" somatotopi S1 yang dipicu oleh defisit setelah amputasi pada orang dewasa; preservasi dan reorganisasi tidak saling eksklusif secara konseptual, tetapi "tangkapan" yang besar oleh bibir tidak terlihat dalam pengukuran longitudinal. Penting untuk memperluas sampel dan menstandardisasi tugas:

• Perluas rentang N dan usia, uji kecepatan/batas pelestarian kartu untuk penyebab amputasi yang berbeda dan tingkat kontrol motorik praoperatif.
• Tambahkan penanda perifer objektif, termasuk elektromiografi tunggul dan neurostimulasi, untuk memisahkan kontribusi sinyal desenden dan perifer.
• Pikirkan kembali protokol pemetaan ulang dari pemenang mengambil semuanya menjadi analisis longitudinal, multi-voxel, dan klasifikasi yang secara eksplisit memperhitungkan gerakan hantu.

Secara singkat - poin-poin utama

• Stabilitas bukannya 'mencengkeram': Peta tangan dan bibir pada S1/M1 pada orang dewasa tetap pada posisi stabil hingga 5 tahun setelah amputasi.
• Hantu bukanlah imajinasi: upaya menggerakkan jari "hantu" menghasilkan pola yang secara statistik mirip dengan gerakan tangan praoperasi.
• Implikasi: dasar yang kuat untuk prostetik BCI; mempertimbangkan kembali konsep plastisitas yang didorong oleh defisit; target baru untuk terapi nyeri fantom.

Sumber: Schone HR dkk. “Peta kortikal tubuh yang stabil sebelum dan sesudah amputasi lengan,” Nature Neuroscience, 21 Agustus 2025 (Komunikasi Singkat). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7