Исследователи из Университета Восточной Англии сделали удивительное открытие о том, как наш мозг управляет нашими руками.
Они использовали данные МРТ, чтобы изучить, какие части мозга используются, когда мы обращаемся с инструментами, такими как ножи.
Они считывали сигнал из определенных областей мозга и пытались определить, когда участники правильно обращались с инструментами.
Люди использовали инструменты миллионы лет, но это исследование впервые показало, что такие действия, как хватание ножа за рукоять для резания, представлены областями мозга, которые также представляют собой изображения человеческих рук, нашего основного “ инструмента ” для взаимодействия с Мир.
Исследование может проложить путь к развитию нейропротезирования следующего поколения – протезов конечностей, которые подключаются к центру управления головным мозгом и помогают реабилитировать людей, потерявших функцию конечностей из-за травмы головного мозга.
Исследование проводилось под руководством UEA в больнице Норфолка и Норвичского университета.
Ведущий научный сотрудник д-р. Стефани Россит из Школы психологии UEA сказала: "Появление портативных инструментов знаменует собой начало серьезного разрыва между людьми и нашими ближайшими родственниками приматов и считается определяющей чертой нашего вида. Наши результаты могут пролить свет на области мозга, которые конкретно эволюционировали у людей."
"Мы знали, что при просмотре изображений инструментов активизируется область мозга, отличная от того, когда мы видим другие объекты, например стул.
"До сих пор предполагалось, что мозг разделяет визуальную информацию таким образом, чтобы оптимизировать обработку действий, связанных с инструментами. Но как человеческий мозг управляет нашими руками, чтобы правильно захватывать трехмерные объекты, такие как инструменты, было не совсем понятно.
"Мы хотели проверить, обрабатывает ли человеческий мозг автоматически 3D-объекты с точки зрения того, как мы воспринимаем их для использования. И мы особенно хотели выяснить, можем ли мы использовать сигналы от определенных частей мозга, чтобы определить, правильно ли люди обращаются с инструментами – например, хватаясь за рукоять ножа, а не за лезвие."
Команда использовала сканер МРТ для сбора данных изображений мозга, пока участники взаимодействовали с 3D-объектами.
Доктор. Россит сказал: "Это было действительно сложно, потому что внутри сканера очень мало места, и участники должны оставаться неподвижными.
"Поэтому мы использовали единственную в своем роде настройку «реального действия» для презентации 3D-инструментов и других объектов.
"Наши участники лежали в темноте на изготовленной на заказ кровати с вращающимся столиком, установленным выше их талии, чтобы мы могли показывать им трехмерные объекты, и они могли их схватить.
"Мы спроектировали и напечатали на 3D-принтере повседневные кухонные инструменты из немагнитных материалов, чтобы они были безопасны при МРТ, такие как пластиковый нож, нож для пиццы и ложка, а также еще одну группу напечатанных на 3D-принтере стержней для представления предметов, которые не были инструменты, которые мы использовали как объекты управления."
Доктор. Итан Найтс, доктор философии.D. студент с доктором. Россит координировал сбор данных и сканировал мозги 20 добровольцев в больнице Норфолка и Норвичского университета. На первом занятии участников просили правильно или неправильно брать 3D-инструмент и 3D-панели, используя индивидуальную настройку «реального действия».
Те же участники вернулись к сканеру для второго сеанса, на котором они просто смотрели изображения инструментов и рук.
Доктор. Фрейзер Смит, также из Школы психологии UEA, сказал: "Мы изучали активность мозга, когда участники просматривали изображения инструментов и рук, чтобы определить, в каких частях мозга представлено изображение руки мозга.
"Затем мы использовали современное машинное обучение, чтобы посмотреть, можем ли мы предсказать, действительно ли люди берут инструмент за ручку или нет. Это действительно важно, потому что умение не хватать предмет, например, нож, за его лезвие, имеет решающее значение для успешного использования инструмента.
Доктор. Россит сказал: "В отличие от того, что думало большинство ученых, мы смогли предсказать, правильно ли был взят инструмент, по сигналам областей мозга, которые реагируют на вид изображений рук, а не по сигналам областей зрения, которые реагируют на вид изображений инструментов.
"Важно отметить, что сигналы от визуальных областей руки могут использоваться только для прогнозирования действий рук с помощью инструментов, но не могут предсказать согласованные действия с объектами трехмерной панели управления.
"Это говорит о том, что визуальные области рук специально настроены для действий с инструментами.
"Наше открытие меняет наши фундаментальные представления о том, как мозг управляет нашими руками, и может иметь важные последствия для здоровья и общества.
"Например, это может помочь в разработке более совершенных устройств или реабилитации людей, потерявших функцию конечностей из-за травмы головного мозга. И это может даже позволить людям без конечностей управлять протезированием своим разумом.
"Потенциал интерфейсов и протезов, управляемых мозгом, очень впечатляет," она добавила.
"Отобранные вручную визуальные области представляют, как понимать 3D-инструменты: декодирование мозга во время реальных действий" опубликовано в Journal of Neuroscience 10 мая 2021 г. Исследование финансировалось Фондом БИАЛ.