Kā smadzenes fiksē pieskārienus ārpus ķermeņa?

Lūks Millers (Luke Miller), neirozinātnieks, turēja rokās aizkaru stieni savā dzīvoklī, kad viņu pārsteidza dīvaina atskārsme. Kad viņš ar stieni iesita kādam objektam, pat neskatīdamies, viņš varēja pateikt, kur tas pieskaras, it kā stienis būtu kļuvis par viņa ķermeņa paplašinājumu. “Tas ir kaut kas dīvains,” Millers nodomāja. “Tāpēc es devos uz laboratoriju, un mēs radījām hipotēzi laboratoriskos apstākļos.”

Uztveršana caur instrumentiem nav jauns jēdziens, lai gan tas nav plaši pētīts. 17. gadsimtā filozofs Renē Dekarts runāja par aklu cilvēku spēju sajust savu apkārtni caur savu spieķi. Lai gan zinātnieki ir plaši pētījuši rīku izmantošanu, viņi parasti koncentrējas uz to, kā cilvēki pārvieto instrumentus. “Zinātne lielākoties ir pametusi novārtā instrumentu pieskāriena nozīmes aspektu,” saka Millers.

2018. gadā žurnālā Nature lasāmā pētījumā Millers un viņa kolēģi Kloda Bernarda Lionas Universitātē Francijā nāca klajā ar paziņojumu, ka cilvēki patiesībā diezgan labi spēj noteikt, ja kāds objekts nonāk saskarē ar rokā turētu instrumentu. Kā gan mūsu smadzenes zina, kad un kur tas tiek skarts? Turpmākā pētījuma rezultātos, kas decembrī publicēti Current Biology, atklāts, ka smadzeņu reģioni, kas ir iesaistīti, nododot mums sajūtu par pieskārieniem ķermenim, līdzīgi apstrādā arī pieredzi, kad rokā turēts instruments pieskaras kādam citam objektam. “Pret šo rīku smadzenes izturas kā pret jutībai pakļautu ķermeņa pagarinājumu,” saka Millers.

Sākotnējā eksperimentā pētnieki lūdza 16 personām noteikt, kuros punktos tās jūt pieskārienus vienu metra garam koka stienim, ko tās turēja labajā rokā. Kopumā 400 izmēģinājumos apkopotie rezultāti sniedza pārsteidzošu ainu: pētījuma dalībnieki bija par 96 procentiem precīzi savos minējumos.

Eksperimenta laikā pētnieki reģistrēja pētāmo personu kortikālo smadzeņu aktivitāti, izmantojot skalpa elektrodus, un konstatēja, ka garoza aktivizējas brīdī, kad instruments ir skāris otru objektu. Brīžos, kad stienis pieskārās objektam vienā un tajā pašā vietā divas reizes pēc kārtas, tika novērota izteikta neirālās atbildes reakcijas nomākšana smadzeņu apgabalos, kas iepriekš tika konstatēti kā aktīvi, kad smadzenes noteica pieskārienu ķermenim. Šie reģioni bija primārā somatozēna (pieskāriena) garoza un aizmugurējā (parietālā) garoza.

Ir pierādījumi, ka tad, kad sensorie smadzeņu apgabali tiek atkārtoti ierosināti ar vienu un to pašu stimulu, pamatā esošā neirālā reakcija tiek nomākta. Kad pētnieku komanda testēja pētījuma dalībniekus ar pieskārieniem uz rokas, tā novēroja līdzīgu atkārtojumu nomākšanu tajos pašos smadzeņu apvidos.

Somatozentorālā garoza tika nomākta 52 milisekundēs (apmēram divdesmitajā sekundē) pēc saskares gan ar stieni, gan ar roku. 80 milisekundēs šī aktivitātes nomākšana izplatās pa parietālo garozu. Šie rezultāti norāda uz neirāliem mehānismiem, kas ļauj noteikt skāriena atrašanās vietu uz rīkiem un “ir ļoti līdzīgi procesiem smadzenēs, kas notiek, lai lokalizētu pieskārienus uz cilvēka ķermeņa”, saka Alesandro Farne (Alessandro Farnè), Lionas Neirozinātnes pētniecības centra neirozinātnieks un abu pētījumu vadošais autors.

“Interesanti, ka pēc katra kontakta ar citu objektu stienis vibrē ar apmēram 100 milisekundēm,” saka Millers. “Līdz ar to, kad stienis sāk vibrēt rokā, smadzenes ir noteikušas saskares punktu desmitiem milisekunžu pirms tam,” viņš piebilst. Vibrācijas uz stieņa nosaka pieskārienu sensori, kas iestrādāti mūsu ādā, kas pēc tam atjauno neirālos signālus līdz pat somatozēna garozai.

Vibrācijas uz stieņa var nodrošināt galveno informāciju, kas nepieciešama skāriena lokalizācijai. Atkārtojot to pašu stieņa eksperimentu, pētnieki iesaistīja pacientu, kurš bija zaudēja pieskāriena uztveri labajā rokā, kas nozīmēja, ka viņš nespēj nojaust pat savas ekstremitātes atrašanās vietu telpā. Tomēr šis pacients joprojām spēja sajust vieglu pieskārienu, un spēja lokalizēt vietu, kur stienis pieskārās citam objektam, un uzdevuma izpildes laikā viņam bija līdzīga smadzeņu aktivitāte kā veseliem pacientiem.

Rezumējot – cilvēki var ātri un efektīvi noteikt pieskārienus rīkam, izmantojot tos pašus neirālos procesus, lai noteiktu pieskārienu ķermenim. Pētnieki uzskata, ka rezultāti varētu palīdzēt labāku protēžu dizainu izstrādē.

Pēc RigaBrain seansu apmeklējumiem daudzi klienti atzīmē sava ķermeņa labāku izjūtu, kas palīdz pie līdzsvara, telpiskās uztveres un jauniešiem pie triku veikšanas ar skrejriteni vai ko līdzīgu!