Domů     Medicína
Mozek dětí se přizpůsobuje chybějící končetině už v raném věku. Podobné je to u robotů
Jan Zelenka 26.3.2026
Mozek není pevně daná mapa. Už v raném dětství se dokáže přeuspořádat a „přepsat“ reprezentaci těla, pokud některá část chybí.

Mezinárodní tým vědců publikoval v prestižním časopise Nature Communications studii, která ukazuje, že mozek dětí narozených s rozdílem horní končetiny prochází výraznou reorganizací už v raném věku. Na výzkumu se podíleli také vědci z Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze (FEL ČVUT), kteří vyvinuli výpočetní model vysvětlující mechanismus těchto změn.

Studie s názvem Global remapping of the sensory homunculus emerges early in childhood development development vznikla ve spolupráci několika výzkumných týmů z oblasti neurovědy a vývojové psychologie z University of Cambridge, Durham University a University College London.

Za FEL ČVUT se na ní podíleli doc. Matěj Hoffmann a dr. Zdeněk Straka ze skupiny humanoidní robotiky na katedře kybernetiky. Na experimentech se podíleli také robotici z EPFL Lausanne, kteří vyvinuli speciální pneumatické zařízení umožňující stimulovat dotek během snímání mozku v MRI skeneru.

Mozková mapa těla

Mozek obsahuje takzvanou somatosenzorickou mapu těla, někdy označovanou jako senzorický homunkulus. Jde o uspořádání oblastí mozkové kůry, které zpracovávají dotek a další smyslové informace z různých částí těla.

Tuto mapu popsal už v polovině 20. století kanadský neurochirurg Wilder Penfield při operacích pacientů s epilepsií. Jednotlivé části těla jsou v mozku reprezentovány různě velkými oblastmi podle jejich citlivosti – například ruce nebo obličej zabírají výrazně větší prostor než záda. Právě tato mapa je však mnohem dynamičtější, než se dlouho předpokládalo.

Senzorický homunkulus jako živý systém. Oblasti mozku, které běžně patří ruce, mohou převzít signály z jiných částí těla. Podobně je to u robotiky, na snímku robot iCub.

Jak se mozek přizpůsobuje chybějící končetině

Výzkumníci pomocí funkční magnetické rezonance (fMRI) sledovali mozkovou aktivitu u dětí ve věku 5–7 let a u dospělých – jak u lidí s rozdílem horní končetiny, tak u kontrolní skupiny.

Výsledky ukázaly, že u lidí narozených bez ruky dochází k rozsáhlé reorganizaci mozkové mapy těla. Oblast mozku, která by za běžných okolností reprezentovala ruku, nezůstává neaktivní – místo toho začíná reagovat na signály z jiných částí těla.

Změny se přitom neomezují jen na bezprostřední okolí této oblasti, ale zasahují širší část somatosenzorické kůry.

Procesy v mozku dnes výzkumníci studují kombinací experimentů s dětmi a modelování na humanoidních robotech. Na snímku Matěj Hoffmann.

Homeostatická plasticita: Mozek si udržuje rovnováhu

Klíčem k pochopení těchto změn je mechanismus nazývaný homeostatická plasticita. „Každý neuron v mozku si do určité míry ‚hlídá‘, aby byl aktivní – aby dostával přiměřené množství vstupních signálů.

Když o některé vstupy přijde, začne zesilovat jiné, aby si tuto úroveň aktivity udržel,“ vysvětluje doc. Matěj Hoffmann z FEL ČVUT.

Pokud tedy neuron v oblasti mozku určené pro ruku nedostává signály z chybějící končetiny, začne zesilovat vstupy z jiných částí těla – například z paže, zápěstí nebo někdy i z obličeje.

Mozek tak vlastně aktivně hledá rovnováhu v celé síti. Nejde jen o jednoduché pravidlo ‚používej, nebo ztratíš (use it or lose it)‘, ale o komplexnější regulační mechanismus,“ doplňuje dr. Zdeněk Straka.

Výpočetní model z FEL ČVUT

Právě tento mechanismus pomohl vysvětlit výpočetní model vyvinutý na FEL ČVUT. Model vytvořený dr. Zdeňkem Strakou simuloval chování neuronů v somatosenzorické kůře. Každý neuron v modelu měl jednoduché pravidlo homeostatické plasticity – snažil se udržet stabilní úroveň aktivity.

Když modelu výzkumníci „odebrali“ vstupy z ruky, tedy simulovali situaci vrozeného rozdílu končetiny, začala se aktivita v síti přeuspořádávat způsobem, který velmi dobře odpovídal výsledkům naměřeným v mozkových skenech.

Ukázalo se, že i relativně jednoduchý model dokáže velmi dobře vysvětlit hlavní experimentální výsledky. Recenzenti článku tento přístup hodnotili jako jednu z jeho silných částí,“ říká dr. Straka.

Chcete se o mozku dozvědět všechno? Vychází nové 21. STOLETÍ EXTRA.

Spojení robotiky a neurovědy

Zapojení týmu z FEL ČVUT souvisí s jejich dlouhodobým výzkumem reprezentace těla a hmatu v mozku – a také v robotických systémech.

Výzkumníci například dříve vyvíjeli model, který umožnil humanoidnímu robotovi iCub vytvořit si vlastní „mapu těla“ na základě dotykových podnětů z umělé kůže.

V robotice řešíme podobnou otázku: jak se systém naučí, kde na těle byl dotek, a jak si vytvoří mapu vlastního těla. Tyto principy jsou překvapivě blízké tomu, co se děje v lidském mozku,“ říká doc. Hoffmann.

Jeden dílek větší skládačky

Pro výzkumnou skupinu humanoidní robotiky je tato studie jedním z kroků k hlubšímu pochopení toho, jak mozek reprezentuje tělo a jak se tato reprezentace vyvíjí.

Somatosenzorická mapa je vlastně první místo v mozku, kde se dotek objevuje. Nás ale zajímá i to, jak se tyto informace propojují s motorikou, viděním a dalšími smysly – například když dítě cítí dotek a následně se snaží na to místo sáhnout,“ vysvětluje Matěj Hoffmann.

Video: The robot homunculus: learning of artificial skin representation inspired by the brain

Robot iCub
Foto: Petr Neugebauer / FEL ČVUT, Public Domain Pictures
Zdroje informací: FEL ČVUT
Související články
Medicína 26.3.2026
Rakovina plic představuje dlouhodobě jedno z nejobávanějších a nejzákeřnějších onkologických onemocnění. V počátečních stádiích se totiž většinou nijak neprojevuje příznaky, pacienti tak často přicházejí k lékaři až s pokročilým onemocněním. Zatímco hlavním a nezpochybnitelným rizikovým faktorem zůstává kouření tabáku, nejnovější vědecké poznatky ukazují, že naše plíce mohou ohrozit i prodělané těžké virové infekce. Podle přelomové […]
Medicína 22.3.2026
Ráno bývá ticho, tedy pokud člověk nebydlí u průjezdní silnice, kde se prohánějí dieselové motory, ale místo klidného probuzení se v hlavě ozývá pískání. Nezní přitom zvenčí, ale zevnitř. Hučí, šumí, píská, zvoní, někdy se to podobá až siréně. A nikdo jiný ho přitom neslyší… U některých lidí se tinnitus nebo též ušní šelest stane […]
Mozek, náš nejcennější orgán, čelí ve 21. století bezprecedentním hrozbám. Stárnutí populace s sebou přináší dramatický nárůst neurodegenerativních onemocnění, stejně jako výskytů nádorů mozku. Mozky mladých pak ohrožují závislosti na chytrých telefonech. To vše představuje komplexní hrozbu pro lidskou neurobiologii i společnost. Můžeme mozku nějak pomoci? Se stárnutím populace se potýkají především vyspělé ekonomiky, které […]
V biologii již dávno neplatí, že jeden člověk rovná se jedna DNA. Jedním z hlavních důvodů je tak zvaný mikrochimerismus, při kterém může lidské tělo obsahovat více genetických linií zároveň, přičemž k nim „přijde“ velmi přirozeně, například během těhotenství či transplantace. Škodí tento cizí genetický materiál tělu, nebo je mu naopak prospěšný? Řecká mytologie nazývala […]
Medicína Rozhovory 19.3.2026
Jsme to, co jíme, a jíme to, co jsme. S každým soustem a s každým lokem se rozjíždí neuvěřitelná továrna biochemie. Do toho mluví tuky, cukry, bílkoviny, také procesy, prostředí, přírodní látky a chemie. Jak to všechno zkombinovat a jak tělo „nakopnout“ doplňky stravy a vitamíny?   Vitamíny a minerální látky dnes bereme často automaticky jako pojistku […]
reklama
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz
Provozovatel: RF HOBBY, s. r. o., Bohdalecká 6/1420, 101 00 Praha 10, IČO: 26155672, tel.: 420 281 090 611, e-mail: sekretariat@rf-hobby.cz