Американские нейробиологи составили первую подробную карту моторной коры человека с разрешением до отдельных нейронов и обнаружили, что классическое представление о том, как мозг управляет телом, оказалось существенно неполным. Почти сто лет назад нейрохирург Уайлдер Пенфилд нарисовал знаменитого «гомункулуса» – карикатурную фигурку человека, растянутую вдоль моторной коры, где каждому участку мозга соответствует строго отведенная часть тела. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, показало, что эта картина верна лишь приблизительно. В действительности все тело целиком представлено в каждой исследованной точке двигательной коры, а сами зоны скорее специализируются на типах движений, чем на отдельных частях тела.
Широкие нейрональные репрезентации движения всего тела существуют в областях за пределами соматокогнитивной сети действий (SCAN). Credit: Darrel R. Deo et al. / Nature 2026
Гомункулусы Пенфилда — моторный и соматосенсорный — стали одним из самых узнаваемых образов нейронауки. Уайлдер Пенфилд составил их, стимулируя кору мозга у пациентов во время операций и наблюдая, какая часть тела при этом двигается или прикосновение к какой части тела пациент ощущает. Карту уточняли с помощью МРТ, записей электрических сигналов с поверхности мозга и результатов клинических поражений. Исследования на животных давно подтолкнули ученых к мысли, что картина сложнее, так как у приматов соседние зоны коры управляют разными частями тела, а одиночные нейроны нередко реагируют сразу на несколько частей тела. Но напрямую изучить человеческий мозг на уровне отдельных нейронов было почти невозможно – для этого нужно имплантировать в кору тончайшие электроды, а это возможно только по клиническим показаниям.
Такой шанс дали клинические испытания нейроинтерфейсов – устройств, которые считывают сигналы мозга и преобразуют их в управляющие команды для компьютера или роботизированного протеза.
Авторы объединили данные восьми пациентов с полным параличом вследствие травмы спинного мозга, бокового амиотрофического склероза или инсульта ствола мозга, которые участвовали в клинических испытаниях нейроинтерфейсов. Каждому участнику в ходе нейрохирургической операции имплантировали решетки из миниатюрных электродов прямо в кору головного мозга. Всего в исследовании было задействовано 20 таких решеток, расположенных вдоль всей прецентральной извилины – от зоны управления руками в верхней части до зоны лица и речи в нижней.
Участникам давали зрительные подсказки и просили попытаться выполнить 46 различных движений всего тела: закрыть руку в кулак, поднять ногу, высунуть язык, повернуть голову, произнести слово. Те, кто не мог двигаться, просто пытались, и это тоже порождало характерный нейронный сигнал. Параллельно нейросетевой алгоритм учился распознавать, какое именно движение задумал человек, по паттернам активности нейронов в каждой из 20 зон.
Главный результат оказался неожиданным – абсолютно все 20 исследованных зон коры реагировали на движения всего тела. Это значит, что в «ручной» зоне мозга кодируются и движения ног, а в «речевой» – движения рук. Разница между зонами состояла не в том, что именно они кодируют, а в том, насколько сильно: в верхних, «ручных» зонах сигнал на движения рук был мощнее, в нижних, «лицевых» – на речь и мимику.
В каждой зоне нейросетевой декодер смог с высокой точностью различить движения из любой категории – от пальцев до лодыжки. Лучший результат показала одна из нижних зон с нетипично широким откликом, в ней алгоритм в среднем правильно угадывал движение в 86% случаев по всем 45 категориям, включая такие далекие друг от друга, как речь и движение ноги. Кроме того, в данных проступили четыре функциональных региона: верхняя зона с акцентом на руки и кисти, средняя зона речи, широко настроенная нижне-средняя зона лица и нижняя зона речи. Оказалось, что в коре человека есть сразу две речевые зоны, разделенные зоной с широким откликом на все тело.
Второй важный результат – связь между конечностями. Нейроны в разных зонах коды движений рук и ног были взаимозависимы, то есть похожие по смыслу движения разных конечностей (например, сжать пальцы руки и поджать пальцы ног) вызывали похожие паттерны нейронной активности. Эта зеркальная структура обнаружилась во всех 20 зонах, включая речевые. Авторы интерпретируют это как свидетельство того, что мозг кодирует движения не поочередно для каждой конечности, а через своего рода «общий язык» действий, что позволяет перенести навык с одной конечности на другую.
Авторы предлагают переосмыслить двигательную кору в целом. По их мнению, ее организация скорее «поведенческая», чем «анатомическая»: разные зоны специализируются не на частях тела, а на типах поведения, в которых эти части тела участвуют. Верхние зоны координируют действия, требующие одновременной работы нескольких конечностей, нижние – поведение, связанное с лицом, едой и речью.
Это согласуется с данными экспериментов на обезьянах, где длительная стимуляция коры вызывала не отдельные подергивания мышц, а целостные поведенческие акты (защитная поза, захват предмета, поднесение ко рту). Почему же классическая стимуляция у людей в операционной давала более «чистую» картину гомункулуса? Авторы полагают, что короткие стимулы просто активируют самые мощные представления в данной точке, не затрагивая более слабые, но реально существующие связи с остальным телом.
Для практики полученные данные означают то, что нейроинтерфейсам, возвращающим речь или движение парализованным пациентам, не нужно попадать точно в «нужную» зону гомункулуса. Речевой нейроинтерфейс лучше работает в средней и нижней зонах коры, тогда как для управления рукой перспективна и нижняя «лицевая» зона, потому что и там рука присутствует, пусть и не в качестве приоритета.
Текст: Анна Хоружая
A mosaic of whole-body representations on the human precentral gyrus by Darrel R. Deo et al. in Nature. Published June 2026.
