Исследование: как наш мозг воспринимает инструменты и контролирует руки
Механизм того, как именно человеческий мозг контролирует руки, до сих пор полностью не изучен. В новом исследовании, проведенном группой специалистов из Университета Ист-Англии, изучалось то, каким образом можно интерпретировать сигналы из определенных участков мозга, когда люди используют различные инструменты.
Использование инструментов, таких как нож, является отличительной чертой нашего вида. Появление сложных инструментов считается переломным моментом в эволюции приматов, которое, в частности, повлияло и на внешний вид Homo Sapiens. Уникальная способность людей конструировать, производить и использовать инструменты не имеет аналогов в мире природы.
В большинстве исследований, где изучается взаимодействие мозга с инструментами, используют запись мозговой активности во время того, как люди смотрят на изображения инструментов или рук других людей, а не взаимодействуют с ними сами. Процесс записи активности мозга во время работы с инструментами намного сложнее, так как людям, находящимся внутри МРТ, необходимо оставаться в покое.
Восприятие изображения инструмента и действие с реальным объектом – абсолютно разные вещи, ведь если вы смотрите на картинку с вилкой, вам никогда не придет в голову схватить ее.
Образы разных инструментов, например ножа и стула, активируют разные участки мозга. До сих пор считалось, что это наша эволюционная особенность, полезная для оптимизации действий, связанных с инструментами.
В данном исследовании ученые использовали МРТ-сканер для визуализации мозговой активности во время того, как участники взаимодействовали с настоящими объектами.
«С помощью функционального МРТ (fMRI) нам удалось измерить мозговую активность, наблюдая за изменением притока крови к определенным участкам мозга, – говорит автор исследования Стефани Росси. – Чтобы изучить реальные движения рук во время работы с инструментами, мы использовали специальный столик, который располагался в районе пояса добровольца, находящегося в МРТ-сканере. Таким образом, мы могли демонстрировать участникам предметы, а им было удобно брать их в руки».
Специально для этого исследования ученые разработали и напечатали на 3D-принтере несколько инструментов: столовый нож, нож для пиццы и ложку. Также на 3D-принтере были созданы объекты абстрактной формы, которые не были похожи на привычные предметы: их использовали в качестве контрольных объектов.
Исследователи провели сканирование мозга 20 участников в Университетской клинике Норфолка и Норвича в две сессии. В первой сессии участников просили брать в руки инструменты и контрольные объекты правильным и неправильным образом. Во второй сессии тем же участникам просто демонстрировали изображения инструментов, рук и других предметов.
Ученые следили за мозговой активностью участников исследования во время того, как те смотрели на изображения предметов и рук, чтобы понять, какие именно участки мозга реагируют на картинки с руками. Затем они использовали машинное обучение, чтобы расшифровать данные активности мозга.
Результаты исследования говорят о том, что предсказать, правильно ли человек возьмет инструмент в руку, считывая сигнал из той области мозга, которая реагирует на картинки с руками, а не той, что реагирует на картинки с инструментами, вполне возможно. Определенные области мозга автоматически кодируют, как правильно использовать инструменты и каким образом их нужно держать.
«Важно понимать, что сигналы, идущие из тех частей мозга, что реагировали на образы с руками, могли быть использованы только для предсказания действий с привычными инструментами. Для контрольных объектов, которые не имели форму обычных ножей и ложек, метод не сработал. Это говорит о том, что существуют области мозга, специально настроенные на успешные действия с инструментами», – говорит Стефани Росси.
Это открытие фундаментально изменило понимание того, как мозг контролирует движения рук: оно поможет понять, какие зоны мозга человека эволюционировали особым образом.
В будущем ученые смогут использовать знания об активности этих областей мозга для улучшения интерфейсов, управляемых силой разума, и лечения людей с травмой мозга.
«Наше исследование позволит парализованным людям управлять протезами с помощью одной только силы мысли. Меня завораживает то, как мозг контролирует тело и взаимодействует с миром. Когда-нибудь мы сможем использовать эти знания, чтобы лучше изучить механизмы мозга, отвечающие за взаимодействие с предметами», – заключает Стефани Росси.
С оригиналом статьи можно ознакомиться здесь.
Перевод подготовил Massacre Pony специально для Timeweb
Дарим 3000 рублей новым партнерам хостинга Timeweb! Зарегистрируйтесь в партнерской программе и напишите нам «Хочу 3000!». Подробности по ссылке.