Российские ученые совместно с испанскими коллегами экспериментально подтвердили, что люди мысленно представляют движения своего тела по-разному. Одни обладают визуальным воображением, то есть «видят» их, а другие — кинестетическим, то есть представляют ощущения, которые испытывают их мышцы в работе. Полученные данные могут быть использованы для новых методов реабилитации, например, людей, перенесших инсульт. Исследования поддержаны грантом президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда по поддержке лабораторий мирового уровня.
Установка, регистрирующая активность мозга во время представления движения при визуальном и кинестетическом воображении
Фото: Parth Chholak et al. / Scientific Reports, 2019.
Установка, регистрирующая активность мозга во время представления движения при визуальном и кинестетическом воображении
Фото: Parth Chholak et al. / Scientific Reports, 2019.
Большинство людей используют визуальные образы, то есть просто представляют какое-либо действие так, будто видят его со стороны. Это визуальное воображение. Некоторые тренированные люди, например спортсмены, могут представить ощущения своих мышц. Они обладают кинестетическим воображением. Разные образы возникают при активации различных зон головного мозга. При представлении картинки активируются участки, отвечающие за обработку визуальной информации, а при использовании кинестетических образов — те же зоны, что задействованы и при совершении реального действия. Таким образом, чтобы определить тип воображения у конкретного человека, нужно понять, какая часть мозга активно работает во время представления движения.
Российские ученые из Университета Иннополиса (Татарстан) с коллегами из Центра биомедицинских технологий Мадридского технического университета провели такое исследование с помощью магнитоэнцефалографии. Специальная установка регистрирует сверхслабые магнитные поля, возникающие при электрической активности головного мозга. Чем интенсивнее работает зона, тем сильнее излучаемое ею магнитное поле. Так можно понять, какие участки мозга были самыми активными в конкретный момент.
В эксперименте участвовали десять добровольцев в возрасте от 20 лет до 31 года. В специальном экранированном от магнитного поля Земли помещении испытуемый садился в кресло и клал руки на подлокотники. Над его головой размещались датчики магнитоэнцефалографа, которые регистрировали сверхслабые магнитные поля головного мозга. Когда раздавался звуковой сигнал, испытуемый должен был вообразить движение руки. Перед добровольцем стоял экран, на котором сообщалось, перемещение какой конечности, левой или правой, нужно представить.
Установка, регистрирующая активность мозга во время представления движения при визуальном и кинестетическом воображении
Фото: Parth Chholak et al. / Scientific Reports, 2019.
Установка, регистрирующая активность мозга во время представления движения при визуальном и кинестетическом воображении
Фото: Parth Chholak et al. / Scientific Reports, 2019.
Данные о работе головного мозга в момент представления движения анализировались несколькими способами. Сначала использовали метод преобразования математических функций, который позволяет проследить мельчайшие изменения сигнала с течением времени. В этом эксперименте сигналом была магнитная активность мозга. Затем применяли методы искусственного интеллекта. В одних случаях ученые не обучали нейронную сеть, а просто объединяли данные в группы на основе сходных параметров мозговой активности. В других — искусственная нейронная сеть обучалась классифицировать результаты эксперимента. Использование трех разных методик позволило создать наиболее полную картину процессов в мозге, и ученым удалось точно разделить испытуемых на две группы по типам воображения.
Способность представлять свои движения остается даже у парализованного человека. Именно эта способность и используется в современной реабилитационной медицине в специальном интерфейсе «мозг—компьютер».
«Важным приложением подобных систем будет нейрореабилитация, например, пациентов, перенесших инсульт или получивших травму головы. Воображение движений позволит ускорить восстановление двигательной активности, но важно заранее классифицировать пациентов с точки зрения типа воображаемых ими движений. От этого будет зависеть стратегия реабилитации, можно существенно ускорить восстановление двигательных функций организма после повреждений мозга»,— прокомментировал руководитель проекта, профессор Университета Иннополиса Александр Храмов.
«Visual and kinesthetic modes affect motor imagery classification in untrained subjects»; Parth Chholak, Guiomar Niso, Vladimir A. Maksimenko, Semen A. Kurkin, Nikita S. Frolov, Elena N. Pitsik, Alexander E. Hramov, Alexander N. Pisarchik, журнал Scientific Reports, сентябрь 2019 г.