Большой палец правой руки превратили в виртуальную левую руку

Ученым удалось создать у участников исследования ощущение, что их правый большой палец стал виртуальной левой рукой. Для этого движения конечности в симуляции синхронизировали с движениями пальца испытуемых. Возникшая ассоциация была непрочной и не влияла на ощущение положения пальца в пространстве. К тому же, добровольцы не пугались, если к виртуальной руке внезапно приставляли нож. Тем не менее, авторы работы считают, что на основе этой модели можно создать новую концепцию протезов. Статья опубликована в журнале Frontiers in Robotics and AI.

Чувство собственного тела можно обмануть. Например, различными способами можно заставить человека почувствовать, что резиновая рука — это часть его тела. Для этого достаточно одновременно дотрагиваться до искусственной конечностей и настоящей руки человека или синхронизировать их движения. Ученые уже пробовали добавлять в иллюзию вторую или даже третью резиновую руку, меняли их цвет (так можно бороться с расовыми предрассудками) и размер. Удалось даже заставить людей ощущать пустое пространство как часть себя.

В нескольких исследованиях синхронизировали негомологичные части тела, например, настоящую левую руку и резиновую правую. Также создали роботизированные руки, которые двигались синхронно с ногами человека. Добровольцы успешно учились управлять такими механизмами, но в работе не изучался вопрос, возникала ли у людей иллюзия, что робот — это часть их тела.

До сих пор не изучено, могут ли люди ассоциировать разные части тела или же одну и ту же часть тела на разных уровнях (например, палец и руку). Исходя из исследований фантомных конечностей, такое вполне возможно: например, иногда соматосенсорная кора пациентов с ампутированными руками перестраивается так, что прикосновение к лицу ощущается в фантомной конечности.

В исследовании группы японских ученых под руководством Рёта Кондо (Ryota Kondo) из Технического университета Тоёхаси движения виртуальной левой руки были синхронизированы с правым большим пальцем испытуемых. Двадцати праворуким добровольцам надевали очки виртуальной реальности, а на их правой руке фиксировали датчики системы захвата движений, которые переносились на левую руку. В контроле движения виртуальной руки не были связаны с большим пальцем испытуемых.

Участники в течение пяти минут наблюдали за виртуальной рукой, свободно двигая большой палец. Затем в симуляции над конечностью появлялся нож, и исследователи регистрировали электрическую активность кожи левой руки испытуемых. Когда человек испытывает стресс, у него увеличивается потоотделение, и этот процесс можно измерить с помощью электродов. Если добровольцы ощущали виртуальную руку как свою собственную, то электрическая активность на поверхности их кожи повышалась. Если же эта связь была слабой и людей не пугало приставление ножа, электроды не регистрировали всплеск активности.

После этого ученые проверяли, могут ли участники достоверно определить положение большого пальца правой руки. Для этого добровольцев просили дотронуться указательным пальцем левой руки до нижней поверхности стола в точке, над которой (по их мнению) находился большой палец их правой руки. Наконец, испытуемые заполняли опросник, в котором им нужно было оценить, насколько они чувствовали виртуальную руку и воспринимали ее как часть своего тела.

В опросе добровольцы отвечали, что они чувствовали, что движения ненастоящей руки были их собственными или что их правый большой палец превратился в виртуальную руку. Это ощущение было значительно сильнее при синхронном движении настоящей и искусственной частей тела, чем при асинхронном. Так же при совмещении испытуемые чувствовали, что виртуальная конечность стала их левой рукой, что правый палец сдвинулся в сторону левой руки или стал длиннее. При десинхронизации движений ненастоящей руки участникам казалось, что это чужая конечность.

Электрическая активность кожи, а также ощущение длины и положения большого пальца не отличались при синхронизированных или асинхронных движениях виртуальной руки и пальца. Значит, ощущение, что рука из симуляции стала частью тела, было достаточно слабым.

Авторы работы предполагают, что ассоциация негомологичных частей тела затруднена. Вероятно, потеря конечности приводит к нарушению естественных сенсомоторных связей, поэтому после ампутации возможна переассоциация частей тела. В таком случае можно создать протезы, которыми пациенты будут управлять с помощью части здоровой конечности. Научиться пользоваться такими приспособлениями будет легче, чем современными биоэлектрическими протезами.

Вдохновением для этого исследования стала иллюзия резиновой руки — ощущение, что посторонний предмет являестя частью тела человека. Ученым удалось сформировать это чувство не только по отношению к правдоподобному макету конечности, но и телефону или компьютерной мыши. Иллюзию резиновой руки используют, чтобы сформировать у пациентов с поврежденным спинным мозгом ощущение, что протез является частью их тела. Для этого касаются искусственной руки и одновременно электрически стимулируют точки соматосенсорной коры, которые отвечают за соответствующие точки руки.

Алиса Бахарева