Foot Painters' Toes Mapped Like Fingers in the Brain / Le dita dei piedi dei pittori mappate come le dita nel cervello
Foot Painters' Toes Mapped Like Fingers in the Brain / Le dita dei piedi dei pittori mappate come le dita nel cervello
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Using your feet like hands can cause organised ‘hand-like’ maps of the toes in the brain, never before in people, finds a new UCL-led study of two professional foot painters.
These findings, published in Cell Reports, demonstrate an extreme example of how the human body map can change in response to experience.
“For almost all people, each of our fingers is represented by its own little section of the brain, while there’s no distinction between brain areas for each of our toes,” said the study’s lead author, PhD student Daan Wesselink (UCL Institute of Cognitive Neuroscience and University of Oxford).
“But in other non-human primate species, who regularly use their toes for dextrous tasks like climbing, both the toes and fingers are specifically represented in their brains. Here, we’ve found that in people who use their toes similarly to how other people use their fingers, their toes were represented in their brains in a way never seen before in people.”
The two study participants are among three professional foot painters in the UK who paint holding paintbrushes between their toes. They also use their toes regularly for everyday tasks such as dressing themselves, using cutlery and typing. To do what most people would do with their two hands, both artists typically use one foot for highly dextrous tasks while using the other foot to stabilise.
Their distinctive experiences extend beyond behaviour; by not regularly wearing enclosed footwear, the foot painters get more complex touch experiences on their toes. This may also have impacted brain development of these organised toe maps.
For the study, funded by Wellcome and the Royal Society, the foot painters (as well as 21 people born with two hands, who served as a control group) completed a series of tasks testing their sensory perception and motor control of their toes.
The participants then underwent ultra high-resolution fMRI brain scanning of the brain’s body area – the somatosensory cortex. While inside the scanner, a researcher tapped the toes of the study participants, first looking for activity in the foot area of the body map.
In the foot painters, specific sections of the brain’s foot area clearly reacted to their toes being touched. Brain maps comprised of individual toes were seen for the artists’ dextrous foot, with a similar but less pronounced pattern showing in their stabilising foot. The two-handed controls showed no such maps. Other analyses showed the foot painters’ feet were represented in the brain in a ‘hand-like’ way, but not the control participants’ feet.
The researchers also found that the foot painters’ toes were additionally represented in the part of their brain that would otherwise have served their missing hands. This corresponds with another study from the same lab finding that the brain’s hand area gets used to support body parts being used to compensate for disability, such as the lips, feet or arms of people who were born with only one hand.
Foot painter and study participant Tom Yendell. Credit: Tom Yendell
Perhaps surprisingly, motor tasks showed the foot painters were not any better than controls at wiggling one toe at a time, but they did have heightened sensory perception for their toes compared to controls.
Peter Longstaff, one of the foot painters who took part in the study, said he was fascinated to learn about how his brain developed differently due to how he has used his feet. Longstaff, who ran his own pig farm for 20 years, turned to foot painting in 2002.
“I’ve enjoyed helping science by demonstrating how most people’s feet are not used to their full potential, and I hope the results will encourage other people to consider unconventional ways to get by without the use of hands,” he said.
The researchers say the findings reveal that all people may have an innate capacity for forming these ordered maps of each toe in the brain – similar to our monkey relatives. Most people’s brains don’t develop as such, however, probably due to a lack of necessary experience.
“The body maps we have in our brains are not necessarily fixed – it appears as such because they are very consistent across almost all people, but that’s just because most people behave very similarly,” said co-lead author Dr Harriet Dempsey-Jones (UCL Institute of Cognitive Neuroscience).
“Our study demonstrates an extreme example of the brain’s natural plasticity, as it can organise itself differently in people with starkly different experiences from the very beginning of their lives,” said the study’s senior author, Dr Tamar Makin (UCL Institute of Cognitive Neuroscience).
Dr Makin leads the Plasticity Lab at UCL, seeking to further our understanding of how our brains are malleable in order to develop ways to tap into the brain’s innate plasticity, which may inform new rehabilitation approaches or treatments for phantom limb pain.
ITALIANO
Un nuovo studio condotto dall'UCL su due pittori di piedi professionisti trova che Lluso dei piedi come le mani può causare mappe organizzate "simili a mani" delle dita dei piedi nel cervello, mai prima riscontrato nelle persone.
Questi risultati, pubblicati su Cell Reports, dimostrano un esempio estremo di come la mappa del corpo umano può cambiare in risposta all'esperienza.
"Per quasi tutte le persone, ciascuna delle nostre dita è rappresentata dalla sua piccola sezione del cervello, mentre non c'è distinzione tra le aree del cervello per ciascuna delle nostre dita dei piedi", ha detto l'autore principale dello studio, studente di dottorato Daan Wesselink (UCL Institute of Cognitive Neuroscienze e Università di Oxford).
“Ma in altre specie di primati non umani, che usano regolarmente le dita dei piedi per compiti estremi come l'arrampicata, sia le dita dei piedi che le dita sono rappresentate specificamente nel loro cervello. Qui, abbiamo scoperto che nelle persone che usano le dita dei piedi in modo simile a come le altre persone usano le dita, le dita dei piedi erano rappresentate nel loro cervello in un modo mai visto prima nelle persone ".
I due partecipanti allo studio sono tra i tre pittori di piedi professionisti nel Regno Unito che dipingono tenendo i pennelli tra le dita dei piedi. Usano regolarmente le dita dei piedi per le attività quotidiane come vestirsi, usare posate e scrivere. Per fare ciò che la maggior parte delle persone farebbe con le loro due mani, entrambi gli artisti in genere usano un piede per compiti altamente estremi mentre usano l'altro piede per stabilizzarsi.
Le loro esperienze distintive si estendono oltre il comportamento; non indossando regolarmente calzature chiuse, i pittori del piede ottengono esperienze tattili più complesse sulle dita dei piedi. Questo potrebbe anche aver influito sullo sviluppo del cervello di queste mappe organizzate delle dita.
Per lo studio, finanziato da Wellcome e dalla Royal Society, i pittori del piede (oltre a 21 persone nate con due mani, che fungevano da gruppo di controllo) hanno completato una serie di compiti per testare la loro percezione sensoriale e il controllo motorio delle dita dei piedi.
I partecipanti sono stati quindi sottoposti a scansione cerebrale fMRI ad altissima risoluzione dell'area del corpo del cervello - la corteccia somatosensoriale. Mentre si trovava all'interno dello scanner, un ricercatore toccò le dita dei piedi dei partecipanti allo studio, cercando prima l'attività nell'area del piede della mappa del corpo.
Nei pittori del piede, sezioni specifiche dell'area del piede del cervello hanno chiaramente reagito al contatto con le dita dei piedi. Sono state osservate mappe cerebrali composte da singole dita del piede destro dell'artista, con uno schema simile ma meno pronunciato che mostra nel suo piede stabilizzatore. I controlli a due mani non mostravano tali mappe. Altre analisi hanno mostrato che i piedi dei pittori del piede erano rappresentati nel cervello in modo "simile a una mano", ma non i piedi dei partecipanti al controllo.
I ricercatori hanno anche scoperto che le dita dei piedi dei pittori del piede erano ulteriormente rappresentate nella parte del loro cervello che altrimenti avrebbe servito le loro mani mancanti. Ciò corrisponde a un altro studio dello stesso laboratorio che ha scoperto che l'area della mano del cervello viene utilizzata per supportare le parti del corpo utilizzate per compensare la disabilità, come le labbra, i piedi o le braccia delle persone che sono nate con una sola mano.
Forse sorprendentemente, le attività motorie hanno mostrato che i pittori del piede non erano meglio dei controlli a muovere un dito alla volta, ma avevano aumentato la percezione sensoriale delle loro dita rispetto ai controlli.
Peter Longstaff, uno dei pittori del piede che hanno preso parte allo studio, ha affermato di essere affascinato nel sapere come il suo cervello si è sviluppato in modo diverso a causa di come ha usato i suoi piedi. Longstaff, che ha gestito la sua fattoria di suini per 20 anni, si è dedicato alla pittura dei piedi nel 2002.
"Mi è piaciuto aiutare la scienza dimostrando come la maggior parte dei piedi delle persone non sono abituati al loro pieno potenziale, e spero che i risultati incoraggino altre persone a prendere in considerazione modi non convenzionali per cavarsela senza l'uso delle mani", ha detto.
I ricercatori affermano che i risultati rivelano che tutte le persone possono avere un'innata capacità di formare queste mappe ordinate di ogni dito del cervello - simile ai nostri parenti delle scimmie. La maggior parte dei cervelli delle persone non si sviluppa come tale, tuttavia, probabilmente a causa della mancanza di esperienza necessaria.
"Le mappe corporee che abbiamo nel nostro cervello non sono necessariamente fisse - sembra come tale perché sono molto coerenti tra quasi tutte le persone, ma è solo perché la maggior parte delle persone si comporta in modo molto simile", ha affermato l'autore co-protagonista Dr Harriet Dempsey-Jones ( UCL Institute of Cognitive Neuroscience).
"Il nostro studio dimostra un esempio estremo della plasticità naturale del cervello, in quanto può organizzarsi in modo diverso in persone con esperienze nettamente diverse dall'inizio della loro vita", ha affermato l'autore senior dello studio, il dott. Tamar Makin (UCL Institute of Cognitive Neuroscience) .
Il dott. Makin dirige il Plasticity Lab presso l'UCL, cercando di approfondire la nostra comprensione di come i nostri cervelli sono malleabili al fine di sviluppare modi per attingere alla plasticità innata del cervello, che potrebbe informare nuovi approcci riabilitativi o trattamenti per il dolore fantasma degli arti.
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