Вы несёте кофе в людном помещении, вдруг кто-то толкает вашу руку, но в считанные секунды рука корректирует движение так, чтобы кофе не пролился.
Исследователи из Стэндфордского университета пытались понять, как мозгу удаётся это делать, и заметили одну интересную особенность: моторная кора, помогающая контролировать движения, фиксирует сенсорную информацию о столкновении практически моментально. Однако она выдерживает паузу перед тем, как дать команду для реакции мышцам.
Оказалось, что клетки моторной коры используют этот момент, чтобы определить, какая именно мышечная реакция необходима. Результаты работы, опубликованные в журнале Neuron, помогут в разработке протеза руки с управлением силой мысли.
В процессе исследования с применением виртуальной реальности учёные регистрировали нейронную активность у обезьян. Животные контролировали скорость движения курсора либо с помощью лапы, либо с помощью интерфейса «мозг-компьютер». Управляя курсором, они должны были достичь мишени, которые периодически меняли своё положение. При этом собственную «рабочую» лапу животные не видели. Если обезьяна успевала достигнуть цели за определённое время, она получала вознаграждение. В противном случае животное слышало звуковой сигнал, который означал неудачную попытку.
В разных вариациях эксперимента учёные предъявляли обезьянам восемь или две мишени. Когда использовалось две мишени, в 25 процентах попыток добавлялась «помеха» в виде перемещения положения курсора на определённое расстояние от исходной оси задания. Такое «перепрыгивание» курсора можно сравнить со столкновением руки или протеза с помехой в реальной жизни.
Выяснилось, что после стимула в виде помехи моторная кора распознаёт необходимость реакции, но кратковременно подавляет её, параллельно решая, какие команды отправить мышцам.
«В мозге есть механизм, который предотвращает преждевременную реакцию в ситуации, когда нас кто-то толкает. Теперь, когда мы его [механизм] поняли, мы можем разработать электронный интерфейс между моторной корой и протезом руки, который будет работать так, как это задумывалось в природе», – отмечает руководитель исследования Кришна Шеной (Krishna Shenoy).
По мнению стэндфордских исследователей, у этого открытия есть практическая значимость. Раньше нейроучёных беспокоило, что при подключении мозга напрямую к протезу могут возникать преждевременные реакции на помехи, что приводило бы к неустойчивым движениям руки всякий раз, когда пользователь сталкивается с чем-либо неожиданным. Результаты нового исследования прояснили, что происходит в мозге при столкновении с неожиданным препятствием, и будут полезны на ранних этапах подготовки клинических испытаний протеза руки с интерфейсом «мозг-компьютер» на людях.
Текст: Светлана Завалишина