12.02.2014

Как зрение и осязание управляют ходьбой и жонглированием

Чтобы не запутаться в руках или ногах, при выполнении регулярных движений мозг управляет их ритмом с помощью осязания, а направлением — посредством зрения.

Идя куда-то, мы вряд ли задумываемся над тем, какую сложную работу в этот момент выполняет наш мозг. А ведь ему нужно поддерживать ритм движений, координируя работу мышц в соответствии с тем, что сообщает осязание (так как мы периодически опираемся то одной, то другой ногой на землю) и зрение (мы смотрим, где находимся и куда шагаем). Задача, как видим, многоуровневая, многофакторная и поэтому непростая. Но поскольку с ходьбой и бегом у нас нет никаких затруднений, наш мозг, очевидно, научился решать её давным-давно.

Ноа Коуэн (Noah J. Cowan) из Университета Джонса Хопкинса и его коллеги из Пенсильванского и Стэнфордского университетов (все — США) попытались понять, как мозг координирует такие регулярные движения во времени, однако эксперименты велись не с ходьбой, а с жонглированием. Между тем и другим гораздо больше общего, чем может показаться: в обоих случаях нужно выполнять одинаковые движения и координировать их с осязанием и зрением.

Человеку давали своеобразный пульт управления, что-то вроде поворотного рычага в форме ракетки для настольного тенниса, с помощью которого он должен был управлять мячиком на экране компьютера. Мячик подскакивал, когда рычаг вели вверх, причём нужно было, чтобы виртуальный мячик допрыгнул до зоны между двумя линиями. В общем, этакое жонглирование теннисным мячом на теннисной ракетке, только в виртуальном пространстве.

В одном варианте эксперимента испытуемый мог полагаться только на своё зрение, в другом — чувствовал своей рукой настоящий импульс, когда виртуальный мячик касался виртуальной же поверхности, — как если бы он действительно влетел в ракетку. И, как пишут исследователи в Journal of Neurophysiology, если подопытный чувствовал осязательную обратную связь с виртуальным объектом, он выполнял задание вполовину лучше, чем когда руководствовался только зрением. Однако это «лучше» касалось лишь синхронизации движений руки и мячика, то есть испытуемый точнее угадывал, когда мячик нужно отбить. Что понятно: получая данные не только от зрения, но и от осязания, мозг лучше координирует движения во времени.

Однако на точность в смысле попадания мячика в требуемую зону осязание никак не влияло. С осязанием или без, человек одинаково промахивался, и мячик либо не долетал, либо перелетал.

В итоге исследователи делают вывод, что осязание помогает именно временнóму распределению моторной активности, то есть от него, грубо говоря, зависит ритм движений. Что же до зрения, то оно необходимо для пространственного позиционирования этой самой активности, то есть для ответа на вопросы «Где?» и «Куда?». При этом глаза, конечно, должны сообщаться с осязанием: к примеру, сигнал к тому, что ритм шагов нужно замедлить или ускорить, приходит от зрения.

С практической точки зрения эти результаты могут пригодиться при борьбе с психомоторными расстройствами, выражающимися в неспособности контролировать движения. С другой стороны, это может быть полезно при создании роботов, которые будут сами, без помощи человека, управлять своими движениями в зависимости от ситуации.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru