脳の「身体地図」は変化しない：縦断的fMRIは切断後も手の表現が安定していることを示している

腕を切断すると、一次体性感覚皮質（S1）の孤立した身体地図領域は、すぐに周囲の領域、主に唇と顔面に取って代わられるというのが従来の考え方です。しかし、 Nature Neuroscience誌に掲載された新しい論文は、この考え方を覆すものです。研究者らは、3人の成人患者を切断前と切断後最大5年間にわたり縦断的に追跡し、対照群と比較しました。S1と運動皮質（M1）の手の地図は切断前と驚くほど類似しており、唇の領域が「手」へと「拡大」する様子は見られませんでした。つまり、切断自体は大規模な皮質の「再配線」を引き起こすものではなく、成人は末梢からの入力がなくても安定した内部身体モデルを保持しているということです。

研究の背景

体性感覚に関する古典的な概念（まさにペンフィールドの「ホムンクルス」）は、切断後の皮質の「再マッピング」という説によって長らく補完されてきた。一次体性感覚皮質（S1）の手領域は急速に入力を失い、顔面／唇の近接投影によって「捕捉」され、こうした再マッピングの程度が幻肢痛と関連しているという説である。この考えは、横断的fMRI/MEG研究やレビュー、そして顔面から幻肢への感覚の「転移」に関する個々の臨床観察によって裏付けられていた。しかし、そのエビデンスは主に、異なる被験者間の比較や「勝者総取り」方式に依存しており、ノイズや閾値選択の影響を受けやすかった。

近年、切断患者のS1における顔面と手の複雑かつしばしば安定した組織構造を示す、より正確なマップが登場しています。唇の「侵入」として検出された信号の一部は解析のアーティファクトである可能性があり、幻肢痛との関連性も一貫していません。批判的な意見としては、「勝者総取り」の手法、小さなROI、幻肢の動きやトップダウンの影響を考慮していない点が挙げられます。マルチボクセルアプローチとRSAは、顔面による明らかな「捕捉」がしばしば確認できない、より繊細な画像を提供します。

Nature Neuroscienceに掲載された新たな縦断研究は、切断前と切断後数ヶ月/数年における「自分自身」との比較という、大きなギャップを埋めるものです。著者らは3人の患者を対象に、手（切断前）と「幻の」手（切断後）、そして唇の指の動きにおける活性化を比較しました。また、対照群と外部切断コホートも用意しました。結果：手と唇のマップは顕著に安定しており、顔が手の中に「拡大」する兆候は見られませんでした。「切断前」のデータで学習させたデコーダーは、「切断後」のデータを正しく認識しました。結論：成人では、体性感覚表現は末梢入力だけでなく、内部モデル/意図によっても支えられています。

ここに、実用的かつ理論的な示唆が生まれます。脳コンピューターインターフェースや義肢は、切断された四肢の驚くほど安定した「地図」に頼ることができ、「痛み＝再マッピング」という仮説は、幻肢痛の他のメカニズムを支持する形で修正される必要があるのです。より一般的には、この研究は可塑性に関する長年の議論のバランスを一変させます。ヒトの成熟した体部位は、神経科学の分野で想定されていたよりもはるかに安定していることが明らかになったのです。

どうやって確認したんですか？

著者らは縦断的研究デザインを採用した。fMRIは、手術前、3ヶ月後、6ヶ月後、そしてそれ以降（1.5年後または5年後）に同じ被験者から記録された。被験者は、スキャナー内で、指（切断前）と「幻肢」指（切断後）を動かすよう指示され、唇をすぼめ、つま先を曲げた。

• サンプルとコントロール: 選択的上肢切断患者 3 名、健康なコントロール 16 名 (繰り返しスキャン)、慢性切断患者 26 名のコホート (切断後平均 23.5 年) との追加比較。
• マップのメトリック: S1 での活動の重心 (COG)、各指の前後のパターンと相関関係、線形 SVM モーション デコード (切断前のトレーニング → 切断後のテスト、およびその逆)、手の領域への唇の侵入の評価。
• 主な数値結果: 指と指のパターンの縦断的相関は高く (r≈0.68-0.91、p<0.001)、"before" にトレーニングしたデコーダーの精度は "after" にテストした場合でも偶然の精度を上回り (≈67-90%)、"lip map" の境界は 1.5-5 年経っても "hand zone" に拡大しませんでした。

なぜこれが神経科学と臨床実践にとって重要なのでしょうか?

本研究は、成人の第1脳波における「身体」表現が、末梢感覚信号だけでなく、運動意図や内部モデルからのトップダウン的な影響によっても支えられていることを示しています。これは、「幻肢」を動かそうとすると正常な手と同様の活動が引き起こされる理由、そして過去の横断研究が幻肢活動を考慮しない「勝者総取り」アプローチのために顔面の「侵入」を過大評価していた可能性がある理由を説明しています。これは脳コンピューターインターフェースにとって朗報です。切断された手足の詳細かつ安定した「地図」は長期的な応用に適しています。幻肢痛治療の場合、その意味合いはより微妙です。現在の手術や神経インターフェースでは、地図は既に存在しているため「復元」できません。そのため、他の疼痛メカニズムを標的とする必要があります。

次に確認すべきこと

著者らは慎重ながらも率直に結論づけている。成人における切断後、S1体部位の欠損に起因する「リモデリング」の証拠は存在しない。保存と再組織化は概念的に相互に排他的ではないが、縦断的測定では唇による大きな「捕捉」は認められない。サンプルを拡大し、課題を標準化することが重要である。

• N と年齢の範囲を拡大し、さまざまな切断原因と術前の運動制御レベルに対するカード保存の速度/限界をテストします。
• 下行信号と末梢信号の寄与を分離するために、断端筋電図検査や神経刺激などの客観的な末梢マーカーを追加します。
• 勝者総取り方式から、ファントムの動きを明示的に考慮した縦断的、マルチボクセル、分類分析への再マッピング プロトコルを再考します。

簡単に言うと、要点

• 「掴む」のではなく、安定性: 成人の S1/M1 の手と唇の地図は、切断後最大 5 年間、安定した位置を維持します。
• 幻影は想像ではありません。「幻影」の指を動かそうとすると、統計的に術前の手の動きと類似したパターンが生成されます。
• 意味: BCI 補綴物の強固な基盤、欠損駆動型可塑性の概念の再考、幻肢痛治療の新たなターゲット。

出典：Schone HR他「腕切断前後の安定した皮質体部マップ」Nature Neuroscience、2025年8月21日（短報）。DOI : https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7