Forskaren Max Ortiz Catalan från Chalmers har utvecklat en ny teori om ursprunget till det gåtfulla tillståndet fantomsmärta. Hypotesen, som publicerats i tidskriften Frontiers in Neurology, bygger vidare på hans tidigare forskning om maskininlärning och förstärkt verklighet (augmented reality) som banbrytande behandlingsmetod.

Offer för fantomsmärtor beskriver en uppsjö olika sinnesförnimmelser, från brännande, molande eller pulserande värk till akut, intensiv smärta. Illustration: Yen Strandqvist/Chalmers

Fantomsmärta är ett svårbegripligt fenomen, som uppträder hos personer som har förlorat en kroppsdel. Vissa kan känna stark smärta som upplevs komma från den del av kroppen som saknas. För de drabbade kan detta innebära en allvarlig påfrestning och ge drastiskt försämrad livskvalitet. De nuvarande teorierna om ursprunget till fantomsmärtor kan emellertid varken förklara resultaten från kliniska undersökningar eller ge någon heltäckande teoretisk ram för att studera och behandla smärtorna.
Nu har Max Ortiz Catalan, docent vid Chalmers, publicerat en artikel där en ny lovande teori lyfts fram, som han kallar ”stochastic entanglement” – på svenska ungefär ”slumpmässig sammankoppling”. Efter en amputation förlorar nervsystemet till den saknade kroppsdelen sin roll och blir mottagligt för att kopplas samman med andra nervbanor – i det här fallet med nerver som styr smärtupplevelsen, menar han.
– Föreställ dig att du förlorar handen. Det skulle innebära att en betydande del av din hjärna och ditt nervsystem blir arbetslösa, säger Max Ortiz Catalan. De slutar bearbeta känselsignaler, de slutar producera motoriska signaler för att röra handen. De går i viloläge – men inte passivt.
Nervceller är aldrig helt passiva. När de inte har ett specifikt uppdrag kan de avfyra nervsignaler slumpmässigt. Det kan leda till att impulser skickas ut planlöst i den delen av det sensomotoriska nervsystemet, samtidigt som liknande sker i nervsystemet som hanterar smärtupplevelse. När sådana nervceller fyras av tillsammans ger det upphov till smärta i den berörda delen av kroppen.
– Normalt skulle en sådan sporadisk avfyrning som sker synkroniserat inte ha någon betydelse, eftersom den bara blir en del av bakgrundsbruset i nervsystemet, och då inte kommer att märkas. Men hos patienter som saknar en kroppsdel kan en sådan händelse få betydelse om det inte pågår så mycket annat samtidigt. Det kan resultera i en överraskande, känslomässigt laddad upplevelse – att känna smärta i en del av kroppen som inte längre finns kvar. En sådan anmärkningsvärd känsla kan förstärka ett neuralt samband, få det att sticka ut från mängden och därmed bidra till att en oönskad nervkoppling skapas.
Något som kallas Hebbs princip är viktig i sammanhanget. Den säger att ”celler som avfyras tillsammans, sammankopplas”. Tillämpat på Max Ortiz Catalans forskning betyder det att nervceller i det sensomotoriska systemet och systemet för smärtupplevelse kopplas samman med varandra, vilket resulterar i fantomsmärtor. Denna teori förklarar också varför alla amputerade inte lider av sådana smärtor; slumpmässigheten innebär att avfyrning kanske inte sker samtidigt, och därför sker heller ingen sådan koppling hos alla patienter.
I artikeln som nu publicerats fortsätter Max Ortiz Catalan att undersöka hur teorin kan förklara effekterna av motorisk fantomstyrning (Phantom Motor Execution, PME), den nya behandlingsmetod som han tidigare utvecklat. Vid PME-behandlingen registrerar elektroder, som är fästa vid patientens amputerade stump, elektriska signaler egentligen avsedda för den saknade kroppsdelen, som sedan översätts via AI-algoritmer till rörelser som utförs av en virtuell kroppsdel i realtid. Patienten ser sig själv på en datorskärm, med en digital kroppsdel i stället för den som saknas, och kan då styra den som om kroppsdelen utgjorde en del av den egna kroppen. Detta gör det möjligt för patienten att stimulera och återaktivera de vilande områdena i hjärnan.
– Patienterna kan då åter börja använda de områden av hjärnan som gått i viloläge. När man väcker liv i det slumrande nervsystemet hjälper det till att försvaga och bryta kopplingen som orsakar smärta. Det fungerar som en sorts omvänd Hebbs princip – ju mer nervcellerna avfyras åtskilt, desto svagare blir deras förbindelse med varandra. Detta kan också användas förebyggande för att förhindra att sådana förbindelser alls uppkommer.
PME-behandlingen har tidigare visat sig hjälpa patienter där andra metoder misslyckats. Att förstå exakt hur och varför behandlingen kan vara till nytta är avgörande för att den ska kunna utföras korrekt och på bästa möjliga sätt. Den nya teori som Max Ortiz Catalan nu för fram kan bidra till att lösa några av gåtorna kring fantomsmärtor, och dessutom ge en del av dem som drabbas hårdast en bättre tillvaro.
Dr Max Ortiz Catalan är docent på Chalmers och leder laboratoriet för biomekatronik och neurorehabilitering – Biomechatronics and Neurorehabilitation Laboratory. Han har tidigare uppmärksammats internationellt för sitt nyskapande arbete kring implanterbara (osseointegrerade) och tankestyrda proteser samt för sin metod för att behandla fantomsmärtor med motorisk fantomstyrning.
Hans nya artikel, “The stochastic entanglement and phantom motor execution hypotheses: a theoretical framework for the origin and treatment of PLP” har publicerats i tidskriften Frontiers of Neurology.

Filed under: SvenskTeknik