Ощущение того, что рука или нога принадлежат именно вам, кажется естественным, но для мозга это результат сложнейших вычислений. В ходе экспериментов с участием более ста добровольцев специалисты изучали работу теменной коры, которая отвечает за обработку сенсорных сигналов.
Ученые обнаружили ритм мозга, который позволяет человеку чувствовать свое тело
Исследователи из Каролинского института определили, что ощущение человеком собственного тела зависит от частоты альфа-волн мозга. Ученые установили, что эти ритмы работают как внутренний хронометр, синхронизирующий зрение и осязание.
Исследователи обнаружили, что альфа-волны мозга действуют как внутренние часы, которые определяют то, как мы воспринимаем собственное тело. Shutterstock
Существует редкое и пугающее состояние — апотемнофилия (или нарушение целостности восприятия тела). Пациент, страдающий таким расстройством, осознает руку как физический объект, но не чувствует ее частью своего тела. Для таких людей наличие здоровой конечности ощущается как присутствие навязчивого инородного предмета, от которого они стремятся избавиться и даже настаивают на ампутации. Ученые полагают, что это происходит из-за сбоя в правой теменной доле: мозг просто не создает «карту» этого участка тела. Исследования альфа-ритмов помогают понять, почему при таких патологиях сенсорные сигналы от руки поступают в мозг, но не интегрируются в общее ощущение тела.
С помощью электроэнцефалографии и метода «иллюзии резиновой руки» было доказано, что главную роль в восприятии границ собственного «я» играют альфа-колебания. Когда участники видели прикосновение к искусственной кисти одновременно с физическим контактом со своей закрытой от глаз рукой, мозг начинал воспринимать пластиковый объект как часть тела.
Иллюзия резиновой руки. а) Экспериментальная установка для задачи по оценке принадлежности органа или внешнего объекта к телу. б) Процедура выполнения задачи. Настоящая правая рука участника была скрыта под платформой, а правая резиновая рука помещена на платформу в поле зрения участника. И резиновой руки, и настоящей руки 6 раз за 12 секунд касался робот, либо синхронно, либо с небольшим опережением или запаздыванием с прикосновением к резиновой руке. Степень асинхронности систематически варьировалась между 0, ±50 мс, ±150 мс, ±300 мс и ±500 мс. После каждого периода визуально-тактильной стимуляции участникам предлагалось указать, ощущалась ли резиновая рука как их собственная рука, отвечая «да» или «нет». c Экспериментальная установка для задания по оценке одновременности. d Процедура для задания по оценке одновременности. Участники оценивали воспринимаемую одновременность визуальных (т. е. красный свет) и тактильных (т. е. небольшая вибрация) стимулов. Каждое испытание начиналось с представления визуального или тактильного стимула в течение 30 мс, за которым следовал другой стимул после переменной асинхронности (асинхронность начала стимула, SOA). Степень асинхронности систематически варьировалась между 0 мс, ±50 мс, ±100 мс, ±150 мс, ±200 мс, ±300 мс, ±400 мс и ±500 мс. В обеих задачах движение головы фиксировалось.
Оказалось, что скорость альфа-ритма напрямую определяет точность этого процесса. Люди с высокой частотой волн быстрее и четче распознавали малейшие задержки между визуальным сигналом и тактильным ощущением. Это делает их чувство владения телом более стабильным и надежным. Напротив, замедление ритма расширяло временное окно, из-за чего мозг объединял даже не совпадающие во времени сигналы, размывая границы между физическим «я» и внешним миром. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Технологии и медицина
Чтобы окончательно подтвердить теорию, авторы использовали неинвазивную стимуляцию мозга, искусственно ускоряя или замедляя альфа-ритмы. Результаты подтвердили: изменение частоты напрямую меняет восприятие границ тела. «Мы выявили фундаментальный процесс, который формирует наш непрерывный опыт воплощенности в теле», — отмечает ведущий автор работы Мариано Д'Анджело. Такие выводы критически важны для понимания таких состояний, как шизофрения, при которых связь с собственным телом может нарушаться.
a Настройка для эксперимента с ЭЭГ. b Процедура для задач по оценке принадлежности телу и одновременности. Визуально-тактильная стимуляция оставалась одинаковой для обеих задач, с асинхронностью, варьирующейся в разных пробах от 0 мс, ±100 мс, ±200 мс, ±300 мс и ±400 мс.
Полученные данные имеют и прикладное значение. Профессор Хенрик Эрссон подчеркивает, что понимание механизмов интеграции сигналов поможет в создании совершенных протезов, которые будут ощущаться как живые конечности. Также это позволит сделать виртуальную реальность более реалистичной, подстраивая задержки системы под индивидуальные ритмы мозга конкретного человека.