Представьте, что вы просыпаетесь ночью от жажды и вам приходится тянуться за стаканом воды в темноте. Без четкого обзора вашему мозгу приходится оценивать, где находится стакан, а где ваша рука - задача, которая часто приводит к неточным движениям. Мозг обрабатывает две ключевые части информации: ему необходимо знать, где находится рука и куда ее двигать. Но что произойдет, если эта информация окажется неточной? Ученые из сенсомоторной исследовательской группы DPZ исследовали эту проблему зрительной неопределенности во время контроля движений в своем исследовании с макаками-резус.

В ходе эксперимента обезьяны перемещали курсор по экрану вручную, используя что-то вроде джойстика. Были исследованы два типа неопределенности: при неопределенности цели цель движения была представлена несколькими разбросанными объектами, так что оставалось неясным, где именно находится цель. В случае неопределенности обратной связи курсор заменялся несколькими разбросанными мелкими объектами, так что оставалось неясным, где именно находится собственная рука пользователя. Кроме того, исследователи протестировали эффекты неопределенности обратной связи, в то время как обезьяны управляли курсором через интерфейс мозг-компьютер, практически одной лишь мыслью. В этом случае доступна только визуальная информация в качестве обратной связи о собственном движении, в отличие от естественных движений руки, когда тело также воспринимает положение руки с помощью других сенсорных систем.

Различные эффекты на движение

Результаты показывают, что мозг по-разному реагирует на неопределенность: неопределенность цели в первую очередь влияет на планирование и начало движения. Если обезьяны не знали точно, где находится цель, движения с самого начала были менее точными, то есть планировались неточно. Это также отразилось на активности клеток головного мозга в моторной коре. Напротив, нарушение движений из-за неопределенности обратной связи было отчетливо заметно только тогда, когда обезьяны полностью зависели от визуальной обратной связи - как в случае управления с использованием интерфейса мозг-компьютер. В данном случае неопределенность обратной связи в первую очередь повлияла на точное выполнение движения.

Исследователи также обнаружили, что активность нейронов в моторной коре отражает как неопределенность цели, так и неопределенность обратной связи, но что эти две формы неопределенности обрабатываются в разное время. Это говорит о том, что мозг интегрирует информацию о цели и положении руки на разных этапах управления движением.

Актуальность для интерфейсов мозг-компьютер

Полученные результаты могли бы помочь улучшить интерфейсы мозг-компьютер (BCI). Эта технология позволяет парализованным людям, например, управлять протезами или компьютерами одними лишь мыслями. Поскольку пользователи BCIS обычно в значительной степени полагаются на визуальную обратную связь, поскольку зачастую это все, что у них есть в распоряжении, они особенно восприимчивы к неопределенности в восприятии собственного движения. Многообещающим решением могла бы стать интеграция дополнительных сенсорных сигналов. Например, вибрационные двигатели, то есть тактильная обратная связь, могли бы предоставлять пользователям дополнительную информацию о движении их руки и компенсировать неопределенность. Исследовательская группа, возглавляемая Александром Гейлом, уже продолжает эксперименты и развивает исследовательский подход в рамках нового центра совместных исследований SFB 1690.

Лукас Аманн, нейробиолог из группы сенсомоторных исследований и ведущий автор исследования совместно с Вирджинией Касасновас, объясняет: "Наши результаты показывают, что мозг может компенсировать неопределенность, когда доступны альтернативные источники информации. Это решающий фактор для улучшения BCIS, поскольку в настоящее время пользователи часто ограничены визуальной обратной связью. Дополнительные сенсорные стимулы могли бы помочь сделать управление нейропротезами более точным и интуитивным".

Таким образом, исследование дает важную информацию о том, как мозг справляется с сенсорной неопределенностью - основа для дальнейшего развития технологий, которые могли бы помочь людям с двигательными нарушениями.