Мозг поверил в шестой палец и изменил представление о возможностях руки

Эксперимент показал, что ощущение несуществующей части тела способно изменить оценку собственных движений — даже без осознания иллюзии

Представьте, что вы смотрите на собственную руку и совершенно точно знаете: у вас пять пальцев. Но после минутного эксперимента начинаете ощущать шестой, которого на самом деле нет.

Ещё удивительнее другое. Даже когда ощущение дополнительного пальца отсутствует, мозг может начать оценивать возможности руки так, словно её размеры изменились.

Именно это обнаружила команда исследователей под руководством Дениз Кадете из Биркбек-колледжа Лондонского университета. Учёные решили выяснить, насколько глубоко необычная сенсорная иллюзия способна изменить представление человека о собственном теле.

Как заставить человека почувствовать несуществующий палец

Для эксперимента исследователи использовали обычное зеркало и согласованные прикосновения к двум рукам.

В исследовании участвовали 50 здоровых взрослых добровольцев. Все, кроме одного, были правшами.

Участник садился перед зеркалом. Его левая рука находилась за зеркалом и оставалась невидимой, а правая располагалась перед отражающей поверхностью.

Благодаря зеркалу человек видел отражение правой руки там, где, по его восприятию, должна была находиться левая.

Затем экспериментатор одновременно поглаживал соответствующие пальцы обеих рук.

В определённый момент происходила небольшая, но принципиальная перемена.

Исследователь продолжал касаться внешней стороны мизинца скрытой левой руки, однако перед зеркалом совершал такое же движение по пустой поверхности рядом с отражением правой руки.

Человек чувствовал прикосновение к коже, но видел, что соответствующее движение происходит за пределами видимой кисти.

Мозгу приходилось согласовывать противоречивые зрительные и тактильные сигналы.

У некоторых участников возникало отчётливое ощущение дополнительного пальца, расположенного рядом с мизинцем.

Вся процедура занимала около минуты.

Настоящая проверка началась после появления иллюзии

Исследователей интересовало не только субъективное ощущение шестого пальца.

Они хотели выяснить, меняется ли вслед за ним представление человека о физических возможностях собственной руки.

Для этого после создания иллюзии добровольцам предложили два задания.

В первом нужно было определить минимальную ширину отверстия, через которое сможет пройти кисть. Размер отверстия изменялся в диапазоне от 2,7 до 18 сантиметров.

Во втором участники оценивали, какой самый большой квадратный пенопластовый блок смогут захватить одной рукой. Ширина блоков составляла от 4 до 25 сантиметров.

Во время оценивания рука была скрыта, чтобы человек не мог непосредственно сравнивать её размеры с предлагаемыми предметами.

После этого исследователи проверяли реальные возможности кисти.

Каждый участник проходил две процедуры: с созданием иллюзии шестого пальца и контрольную, при которой прикосновения не должны были вызывать ощущение дополнительной части тела.

Таким образом, учёные могли сравнить не разных людей, а изменение оценок у одного и того же человека.

Шестой палец изменил восприятие размеров руки

Результаты показали, что после иллюзии участники выбирали более широкое отверстие в качестве минимального пространства, необходимого для прохождения кисти.

Изменилось и восприятие возможностей захвата: добровольцы считали, что смогут удержать более крупный предмет.

Исследователи сравнивали предполагаемые физические пределы с фактическими. Значение 1 означало точное совпадение оценки и реальных возможностей руки.

В задании с отверстием среднее соотношение предполагаемого и реального размера изменилось с 0,92 после контрольной процедуры до 0,97 после иллюзии.

В задании на захват предметов показатель увеличился с 0,98 до 1,01.

На первый взгляд изменения кажутся небольшими. Но они отражают важный процесс: кратковременное изменение телесного восприятия повлияло на суждения о том, какие действия доступны человеку.

Здесь есть существенный нюанс.

Участники в среднем недооценивали минимальное отверстие, необходимое для прохождения руки, даже после иллюзии. Поэтому результат не означает, что все начали воспринимать кисть объективно большей, чем она была.

Исследование показало относительное смещение оценок, а не обязательное возникновение ошибочного представления о чрезмерно большой руке.

Самое неожиданное: шестой палец чувствовали не все

После эксперимента добровольцы отвечали на вопросы о своих ощущениях.

Учёные выясняли, чувствовали ли они дополнительный палец, второй мизинец, увеличенный мизинец или даже целую дополнительную руку.

Оказалось, что 22 из 50 участников практически не ощущали шестого пальца либо вовсе не сообщали о таком ощущении.

Но их оценки минимального отверстия для руки тоже изменялись после экспериментальной процедуры.

При этом есть ограничение: разделение участников на группы по выраженности ощущений было дополнительным, поисковым анализом, не предусмотренным первоначальным планом исследования.

Изменение оценки захвата предметов внутри этих небольших подгрупп не достигло статистической значимости.

Следовательно, говорить о полностью независимой от сознания перестройке всех двигательных возможностей пока преждевременно.

Почему мозг вообще допускает существование шестого пальца

Чтобы понять результат, важно различать физическое тело и его внутреннее представление в нервной системе.

Мозг не получает готовую фотографию собственного тела. Он постоянно объединяет сведения от зрения, кожных рецепторов, мышц и суставов.

На основе этих сигналов формируется динамическая модель, позволяющая ориентироваться в пространстве и планировать движения.

В когнитивной нейронауке для описания таких процессов используют понятие «схема тела».

Это рабочее представление о положении, размерах и возможностях частей тела, которое помогает выполнять движения без необходимости каждый раз сознательно рассчитывать расстояния.

Например, когда человек проходит через узкую дверь, берёт стакан или протягивает руку между предметами, ему обычно не требуется измерять ширину плеч или расстояние между пальцами.

Мозг оценивает, возможно ли действие, используя накопленный двигательный и сенсорный опыт.

В эксперименте с шестым пальцем возникала необычная ситуация.

Реальная кисть оставалась прежней, но согласованные зрительные и тактильные сигналы создавали основания для изменения её внутреннего представления.

Авторы предполагают, что мозг способен включать иллюзорную часть тела в оценки возможных действий, даже когда сознательное ощущение дополнительного пальца выражено слабо.

Однако эксперимент не измерял непосредственно активность нейронных сетей. Поэтому конкретный механизм такой перестройки остаётся гипотезой, согласующейся с наблюдаемыми результатами.

Мозг не обязательно ждёт, пока тело действительно изменится

Особенность исследования становится понятнее в сравнении с использованием инструментов.

Когда человек долго работает тростью, ракеткой или другим предметом, его движения постепенно адаптируются к новым пространственным возможностям.

Инструмент может начать восприниматься как функциональное продолжение руки.

Но в таких ситуациях человек получает реальную обратную связь: инструмент сталкивается с предметами, оказывает сопротивление и позволяет совершать действия на новом расстоянии.

В эксперименте с шестым пальцем ничего подобного не происходило.

Участники не управляли дополнительной конечностью. У них не появлялись новые мышцы, суставы или рецепторы, связанные с шестым пальцем.

Более того, во время оценки возможностей кисти её специально удерживали неподвижной, чтобы реальное движение не разрушало иллюзию.

И всё же представление о возможных действиях изменялось.

Это предполагает, что для первоначального изменения оценок границ тела может быть достаточно определённого сочетания зрительных и тактильных сигналов.

Мозгу не всегда требуется предварительный опыт использования новой физической структуры.

Почему это интересно разработчикам протезов и роботизированных рук

Современные технологии позволяют создавать не только протезы, заменяющие утраченную конечность, но и дополнительные роботизированные устройства.

Например, вспомогательный палец может поддерживать предмет при захвате, а роботизированная рука — выполнять действия параллельно с естественными руками человека.

Однако механически соединить устройство с телом недостаточно.

Человеку необходимо научиться учитывать его размеры, положение и функции при планировании движений.

Здесь появляется потенциальная ценность открытия.

Если внутреннее представление о теле действительно способно быстро включать дополнительную часть, разработчики могут исследовать способы облегчения адаптации к новым устройствам.

Особенно интересна возможность сочетать зрительную и тактильную информацию, чтобы роботизированное дополнение воспринималось не просто как внешний инструмент.

Но между кратковременной лабораторной иллюзией и успешным управлением сложным протезом существует большая дистанция.

Новое исследование не доказывает, что подобная сенсорная стимуляция улучшает работу протезов, ускоряет реабилитацию или повышает двигательную точность.

Это возможные направления дальнейших исследований, а не уже продемонстрированные клинические результаты.

Что исследование пока не позволяет утверждать

Эксперимент проводился на небольшой группе здоровых взрослых людей, преимущественно правшей. Поэтому неизвестно, насколько результаты воспроизводимы у детей, пожилых людей или пациентов с неврологическими нарушениями.

Кроме того, учёные измеряли прежде всего оценки возможностей движения, а не выполнение движений в момент действия иллюзии.

Ни дополнительной силы захвата, ни новых двигательных возможностей у участников не появилось.

Неизвестно также, насколько долго сохранялось изменение восприятия после прекращения стимуляции.

Есть и более тонкий вопрос.

Поскольку некоторые участники не чувствовали шестой палец, но всё равно меняли оценки, нельзя полностью исключить, что результат связан не столько с формированием представления о конкретном дополнительном пальце, сколько с более общим изменением пространственной обработки прикосновений рядом с кистью.

Для разделения этих объяснений потребуются дополнительные эксперименты.

Следующим шагом могла бы стать проверка реальных движений при действующей иллюзии, а также изучение адаптации к физическим роботизированным дополнениям.