Блог компании ua-hosting.company. Одна из самых сложных, малоизученных и загадочных систем — это мозг человека. На данный момент мы уже знаем гораздо больше об этом органе, чем сто или двести лет тому назад, но тайны и не отвеченные вопросы еще остаются. Одним из самых необычных умений мозга является когнитивное восприятие какого-либо инструмента в качестве продолжения тела человека. Так часто говорят о фехтовании, когда меч должен быть продолжением руки, чтобы полноценно им овладеть.

И вот группа ученых из Токийского университета, технологического университета Тоёхаси и университета Кэйо (Япония) провели любопытные опыты, во время которых испытуемые управляли виртуальной дополнительной конечностью. Легко ли было испытуемым адаптироваться, и о чем свидетельствуют результаты экспериментов? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

В медицине существует такое понятие как «лишняя часть тела». Примеров таких врожденных особенностей достаточно много: шесть пальцев на руке, третья грудь, лишнее ребро, третья почка и т. д. Любопытным является то, что мозг человека, хоть и предназначенный для управления, к примеру, двумя почками, в таких случаях абсолютно нормально работает, когда почек три. Другими словами, существует определенная степень когнитивной предрасположенности к адаптации и пластичности восприятия.

С развитием вычислительной техники ученые все больше внимания уделяют изучению роботизированных лишних конечностей (SRL от supernumerary robotic limb), когда человек, обладающий стандартным набором органов, получает в свое распоряжение дополнительную конечность (к примеру, руку). В такой ситуации врожденной адаптации к лишней руке нет, ибо человек с ней не родился, а приобрел ее. А потому возникает масса вопросов касательно возможности мозга адаптироваться к новой конфигурации тела. Такие исследования крайне важны, если в будущем люди хотят управлять сложными роботизированными системами, используя при этом исключительно свой мозг.

Ученые считают, если создать состояние, в котором когнитивная нагрузка во время движения тела подавляется (то есть обеспечивается когнитивная прозрачность), можно достичь восприятия чужеродной конечности, как своей собственной. Фактически, когда когнитивная нагрузка высока, качество и точность манипуляции снижаются. Учитывая конструкцию системы SRL, если когнитивную рабочую нагрузку можно контролировать, система будет работать без проблем для оператора, и ее можно будет рассматривать как часть тела.

В когнитивистике известно, что человеческое восприятие может быть преобразовано, если оно в достаточной степени применялось к какому-то инструменту, что приводит к восприятию инструмента как части своего тела. Этот эффект называют «слияние с инструментом» (tool embodiment).

Тут можно провести пример с вышеупомянутым мечом. Талантливый фехтовальщик не воспринимает меч как отдельный предмет, который он держит в руке, он воспринимает его как продолжение руки. Но тут есть физический контакт с мечом, чего не будет, если инструментом управлять силой мысли. Такая же ситуация наблюдается и с незрячим человеком, для которого трость является частью его тела.

Рассматривая это явление с точки зрения когнитивистики, важно понять, могут ли внешние инструменты быть включены в нашу схему тела и образ тела. Схема тела — это перцептивная модель, созданная на основе сенсорных сигналов, таких как движение и поза, и используется для управления движениями и движениями тела. А вот образ тела представляет собой внутреннюю модель тела, построенную на основе визуальной информации и используемую для вынесения суждений о восприятии. Эти модели пытаются интерпретировать восприятие тела как с моторной, так и с перцептивной точек зрения и могут быть изменены не только врожденной конструкцией тела, но также внешними инструментами и влияниями окружающей среды.

При обсуждении слияния с инструментом основными объяснительными переменными и элементами в области когнитивистики являются чувство владения телом (SoO от sense of body ownership), чувство действия (SoA от sense of agency) и чувство собственного местоположения (SoSL от sense of self-location). В одном из ранее проведенных исследований ученые высказали мнение, что минимальное «я» как единица самосознания состоит именно из SoO и SoA.

Чувство владения телом относится к состоянию, в котором человек воспринимает и эмоционально реагирует на объект, как будто это его собственное тело. Это один из основных элементов слияния с инструментом. Иллюзия резиновой руки (RHI от rubber hand illusion) — типичный исследовательский пример чувства владения телом. SoA (чувство действия) — это состояние, в котором человек может чувствовать, что результат действия является его собственным.

Еще одним объяснительным параметром эффекта слияния с инструментом является периперсональное пространство (PPS от peripersonal space), относящееся к пространству, окружающему тело, где могут непосредственно восприниматься стимулы из внешнего мира. Люди воспринимают его посредством интеграции нескольких сенсорных модальностей, таких как зрение, осязание и слух. Кроме того, пространственное представление в мозгу считается трехмерным и известно как когнитивное восприятие более высокого порядка. Также периперсональное пространство и схема тела тесно связаны и, как считается, влияют на трансформацию движений тела.

Во многих исследованиях сообщалось об изменениях восприятия типа «замена» или «расширение» в контексте слияния с инструментом, в то время как изменения типа «добавление» описываются крайне редко. Например, иллюзия лишней руки, которая является расширенным вариантом иллюзии резиновой руки, реализуется добавлением дополнительной конечности — резиновой или виртуальной руки (и/или пальцев). В этой экспериментальной парадигме испытуемому предъявляют как его собственные руки, так и резиновую руку, а визуальные и тактильные стимулы, подобные тем, что возникают в иллюзии резиновой руки, даются одновременно для дублирования восприятия. В результате испытуемый может ощущать резиновую руку, при этом не теряя ощущения своих собственных (в опытах с иллюзией резиновой руки происходило замещение восприятия).

В рассматриваемом нами сегодня труде ученые разработали систему SRL, работающую в VR среде, и оценили, можно ли считать искусственные дополнительные конечности частью собственного тела и какие перцептивные изменения происходят при использовании системы.