En réponse à une amputation de membre, la région corticale qui représente la main manquante dans le cortex somatosensorielle (S1) est privée de ses réafférences principales. L’absence du membre entraîne également la perte de cibles musculaires pour les fibres efférentes émanant du cortex moteur primaire (M1). Durant les trois dernières dizaines d’années, les recherches se sont concentrées sur l’exploration d’un modèle de plasticité maladaptative liée à la privation sensorimotrice, qui se traduit par l’envahissement des territoires corticaux dont l’activité corticale était dédiée au traitement sensitif ou moteur du membre amputé, par des territoires adjacents tels que le visage ou l’avant-bras dans le cas de l’amputation de la main. Ces phénomènes ont notamment été associé à l’intensité des douleurs fantômes. De façon complémentaire, il existe une activité cérébrale résiduelle associée aux mouvements de la main fantôme, elle aussi associée à la douleur de membre fantôme. Plus récemment, d’autres phénomènes ont été étudiés : les facteurs perceptifs et comportementaux, tels que les sensations fantômes non douloureuses (e.g., le sentiment d’appartenance ou les capacités motrices du membre fantôme), le comportement compensatoire de la main intacte ou du membre résiduel ou l’utilisation de prothèses, également associés aux changements corticaux et à la douleur fantôme. Ces phénomènes adaptatifs entraînent une plasticité corticale de type usage dépendante. Enfin, les réorganisations à la suite d’une amputation ne se limitent pas à des changements localisés au sein de l’homuncule sensorimoteur de la main manquante, mais semblent entraîner une cascade de modifications cérébrales à l’échelle du cerveau entier. Ces derniers résultats permettent notamment de mieux comprendre les expériences perceptives complexes rapportées par les personnes amputées. Ces nouvelles connaissances ont donné naissance à des interventions innovantes visant à modifier la représentation cérébrale du membre fantôme, comme l’utilisation de la réalité augmentée/virtuelle et des interfaces cerveau-machine. Ces études confirment une interaction étroite entre les changements sensorimoteurs et les altérations des régions du cerveau impliquées dans la représentation du corps, le traitement de la douleur et le contrôle moteur.