Иллюзия резиновой руки превратила протезы в часть тела

Американские и шведские исследователи показали, что применение иллюзии резиновой руки в сочетании с электростимуляцией соматосенсорной коры головного мозга позволяет создать у испытуемых ощущение того, что искусственная рука является частью их тела. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В последнее время исследователи постоянно расширяют функциональность протезов конечностей: уже созданы бионические протезы, обеспечивающие не только двигательный контроль, но и осязание за счет связи между сенсорами в искусственной конечности и электродами, имплантированными в мозг. Однако до сих пор ученым не удавалось создать у владельцев искусственных рук ощущение, что протез является частью их тела, а не инородным предметом. Сделать это сложно, в частности, потому, что большинство экспериментальных интерфейсов, обеспечивающих чувствительность руке-протезу, подключаются к периферическим нервам. В процессе тренировки их стимуляция приводит к формированию новых нейрональных связей в мозге, которые переводят сигналы от датчиков протеза в тактильные ощущения. Однако такие интерфейсы требуют ненарушенной связи периферических нервов с корой мозга и поэтому не подходят пациентам с травмами спинного мозга или нейродегенеративными заболеваниями.

Авторы новой статьи решили использовать электростимуляцию соматосенсорной коры мозга в сочетании с иллюзией резиновой руки, чтобы создать у владельцев протезов ощущение обладания настоящей рукой в обход периферических нервов. Классический эксперимент, демонстрирующий иллюзию резиновой руки, был описан в 1998 году. В этом эксперименте одну руку испытуемого прятали за экран, оставляя на виду «замещающую» ее резиновую руку. При синхронных прикосновениях к обеим рукам — резиновой и настоящей — у добровольца возникало ощущение, что резиновая рука принадлежит ему, а тактильные ощущения локализованы именно в ней. Интересно, что эта иллюзия сохраняется даже при использовании вместо резиновой руки других предметов — например, смартфона.

В испытаниях, описанных в новой статье, участвовали два добровольца с эпилепсией, которым для выявления очагов эпилептической активности в мозге было назначено электрокортикографическое картирование мозга, требующее подведения электродов непосредственно к коре мозга. Электроды были имплантированы в соматосенсорную кору: у одного пациента в представительство (участок, отвечающий за чувствительность) правой руки, а у другого — в представительство левой руки.

Настоящую руку испытуемых закрывали от них экраном, а вместо нее на столик перед ними клали искусственную резиновую руку — таким образом, чтобы они хорошо ее видели. Электрогенерирующее устройство прикасалось к этой резиновой руке специальным щупом и одновременно с каждым прикосновением генерировало электрический импульс, стимулирующий представительство соответствующих участков руки в соматосенсорной коре. Добровольцев при этом просили рассказать, насколько они ощущают резиновую руку как свою собственную, а также локализовать прикосновения к ней.

Оказалось, что испытуемые без труда локализовали прикосновения с точностью до фаланги пальца. При этом оба добровольца описывали ощущения, которые вызывает у них стимуляция соматосенсорной коры, как «неестественные» и непохожие на что-либо испытанное ими прежде. Так, один испытуемый описал свои ощущения как напоминающие вибрацию, а другой — как похожие на легкое давление. Несмотря на это, оба добровольца сообщили, что ощущают резиновую руку как свою собственную.

Интересно, что иллюзия «своей» руки сохранялась только в том случае, когда прикосновения к ней были синхронизированы с электрическими импульсами, стимулирующими соматосенсорную кору. Когда электрические импульсы генерировались с опозданием, эта иллюзия исчезала. Также она пропадала, если исследователи стимулировали участки соматосенсорной коры, отвечающие не за руки, а за другие части тела. Это говорит о том, что для ощущения искусственной руки как своей собственной необходимо одновременное сочетание визуального стимула (испытуемый видит, как устройство прикасается к резиновой руке) со стимуляцией соответствующего участка соматосенсорной коры. Как заключают авторы, полученные результаты подтверждают, что с помощью электростимуляции мозга можно создавать у владельцев протезов ощущение того, что искусственная рука является частью их тела.

Недавно американские ученые разработали нейроинтерфейс, который позволил полностью парализованному человеку осязать предметы с помощью протеза. Работа этого интерфейса, подключенного к датчикам на протезе, также основана на непосредственной стимуляции соматосенсорной коры в обход периферических нервов и обеспечивает ощущения, близкие к ествественным.

Софья Долотовская

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Американцы составили водную карту поверхности Луны

Основываясь на уточненных спектроскопических данных, американские астрофизики составили первые количественные карты содержания воды на поверхности Луны. Полученные данные показали, что основным источником воды на поверхности Луны является солнечный ветер. А составленные карты могут потом быть использованы для уточнения теоретических моделей поведения летучих веществ на безвоздушных космических объектах. Работа опубликована в Science Advances.