Специалисты из Высшей школы экономики создали инновационную методику, позволяющую прояснить, каким образом мозг планирует и осуществляет движения. Благодаря использованию трехмерно напечатанных объектов и инфракрасной системе отслеживания, ученые установили, что оптимизация действий начинается еще до их выполнения. В перспективе это может оказаться полезным при терапии нейродегенеративных расстройств, например, болезни Паркинсона. Работа опубликована в журнале Frontiers in Human Neuroscience.
Перед тем, как человек совершает действие, будь то взятие чашки или застегивание пуговицы, его мозг продумывает последовательность движений. Этот процесс известен как моторное планирование. Он играет ключевую роль в выполнении сложных задач, например, когда требуется не только поднять предмет, но и изменить его положение. У людей, перенесших инсульт или страдающих болезнью Паркинсона, этот механизм нередко оказывается нарушен, поэтому изучение его структуры необходимо для разработки эффективных программ реабилитации.
В предыдущих исследованиях для изучения моторного планирования применялись реакции на визуальные стимулы, электроэнцефалография (ЭЭГ) или магнитно-резонансная томография (МРТ). Тем не менее, эти подходы не давали возможности четко разделить этап планирования и сам процесс осуществления движения. Также, в большинстве экспериментов использовались хорошо известные объекты, что затрудняло исключение влияния автоматизмов и устоявшихся связей.
Специалисты из Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ представили новую методику, предназначенную для исследования процессов планирования действий в мозге. В рамках эксперимента 21 участник выполнял ряд заданий, связанных с захватом и размещением объектов, изготовленных с использованием 3D-печати. Четыре объекта, использованные в исследовании, имели абстрактные формы, не ассоциирующиеся с обычными предметами, что позволило минимизировать влияние сформированных навыков. Участникам необходимо было взять объект, при необходимости изменить его положение и точно расположить на картонной основе с изображением этого же объекта.
Для проведения эксперимента были задействованы четыре угла поворота: 0°, 90°, 180° и 270°. Движения испытуемых фиксировались с высокой точностью при помощи инфракрасной системы отслеживания. Исследователи разделили каждое движение на отдельные этапы — начиная с момента надевания защитных очков и заканчивая размещением объекта. Это обеспечило возможность подробного изучения изменений в параметрах движения по мере усложнения задачи.
Определено, что поворот объекта оказывает значительное воздействие на процесс планирования движений: увеличивается задержка перед началом движения, изменяется размах раскрытия пальцев, а траектория движения кисти удлиняется. Симметричный поворот на 180 градусов выполняется быстрее, чем асимметричные повороты на 90 и 270 градусов. Это свидетельствует о том, что на планирование влияет не только степень сложности, но и пространственная конфигурация движения. Следовательно, моторное планирование – это не просто реакция на стимул, а самостоятельная фаза, определяемая будущими задачами, стоящими перед движением.
Предложенная методика может оказаться полезной как в фундаментальных научных изысканиях, так и в клинической практике. Благодаря ясному разграничению этапов планирования и реализации, удастся более точно диагностировать и проводить реабилитацию нарушений моторики у пациентов, перенесших инсульт или страдающих другими неврологическими расстройствами.
«Система инфракрасного трекинга имеет компактные размеры и помещается в чемодан, что позволяет применять её в клиниках, в спортивной науке или при проведении выездных исследований. Ключевым преимуществом является возможность выявления незначительных изменений в моторике, которые могут свидетельствовать о ранних стадиях неврологических заболеваний», – отметил один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ Маттео Феурра.
Работа была проведена в рамках Программы фундаментальных исследований, реализуемой в Высшей школе экономики.
Информация предоставлена пресс-службой НИУ ВШЭ