Исследовательская группа читает мысли, чтобы понять, как люди используют инструменты
Исследователи из Университета Восточной Англии сделали удивительное открытие о том, как наш мозг управляет нашими руками.
Они использовали данные МРТ, чтобы изучить, какие части мозга используются, когда мы обращаемся с инструментами, такими как ножи.
Они считывали сигнал из определенных областей мозга и пытались определить, когда участники правильно обращались с инструментами.
Люди использовали инструменты в течение миллионов лет, но это исследование впервые показало, что действия, такие как захват ножа за рукоять для резания, представлены областями мозга, которые также представляют собой изображения человеческих рук, нашего основного ` ` инструмента » для взаимодействия с Мир.
Исследование может проложить путь к развитию нейропротезирования следующего поколения — протезов конечностей, которые подключаются к центру управления головным мозгом и помогают реабилитировать людей, потерявших функцию конечностей из-за травмы головного мозга.
Исследование проводилось под руководством UEA в больнице Норфолка и Норвичского университета.
Ведущий исследователь доктор Стефани Россит из Школы психологии UEA заявила: «Появление портативных инструментов знаменует собой начало серьезного разрыва между людьми и нашими ближайшими родственниками-приматами и считается определяющей чертой нашего вида. Наши результаты могут пролить свет. на те области мозга, которые специально развились у людей ».
«Мы знали, что при просмотре изображений инструментов активизируется область мозга, отличная от того, когда мы видим другие объекты, например стул.
«До сих пор предполагалось, что мозг разделяет визуальную информацию таким образом, чтобы оптимизировать обработку действий, связанных с инструментами. Но то, как человеческий мозг управляет нашими руками, чтобы правильно захватывать трехмерные объекты, такие как инструменты, было не совсем понятно.
«Мы хотели проверить, обрабатывает ли человеческий мозг автоматически трехмерные объекты с точки зрения того, как мы воспринимаем их для использования. И мы особенно хотели выяснить, можем ли мы использовать сигналы от определенных частей мозга, чтобы определить, правильно ли люди обращаются с инструментами. например, хватание ножа за рукоять, а не за лезвие «.
Команда использовала сканер МРТ для сбора данных изображений мозга, когда участники взаимодействовали с 3D-объектами.
Д-р Россит сказал: «Это было действительно сложно, потому что пространство внутри сканера очень мало, и участники должны оставаться неподвижными.
«Поэтому мы использовали уникальную установку« реального действия »для представления 3D-инструментов и других объектов.
«Наши участники лежали в темноте на изготовленной на заказ кровати с вращающимся столиком, установленным выше их талии, чтобы мы могли показывать им трехмерные объекты, и они могли их схватить.
«Мы спроектировали и напечатали на 3D-принтере повседневные кухонные принадлежности из немагнитных материалов, чтобы они были безопасны при МРТ, такие как пластиковый нож, нож для пиццы и ложка, а также еще одну группу напечатанных на 3D-принтере стержней для представления предметов, а не инструменты, которые мы использовали в качестве объектов управления ».
Доктор Итан Найтс, доктор философии. Студент с доктором Россит координировал сбор данных и сканировал мозг 20 добровольцев в больнице Норфолка и Норвичского университета. На первом занятии участников просили правильно или неправильно брать 3D-инструмент и 3D-панели, используя индивидуальную настройку «реального действия».
Те же участники вернулись к сканеру для второго сеанса, на котором они просто смотрели изображения инструментов и рук.
Доктор Фрейзер Смит, также из Школы психологии UEA, сказал: «Мы изучали активность мозга, когда участники просматривали изображения инструментов и рук, чтобы определить, в каких частях мозга представлено изображение руки мозга .
«Затем мы использовали современное машинное обучение, чтобы посмотреть, можем ли мы предсказать, действительно ли люди берут инструмент за рукоять или нет. Это действительно важно, потому что критически важно знать, что не нужно хватать объект, например, нож, за его лезвие. к успешному использованию инструмента.
Доктор Россит сказал: «В отличие от того, что думало большинство ученых, мы смогли предсказать, правильно ли был взят инструмент, по сигналам областей мозга, которые реагируют на вид изображений рук, а не по сигналам областей зрения, которые реагируют на вид. изображений инструментов.
«Важно отметить, что сигналы от визуальных областей руки могут использоваться только для прогнозирования действий рук с инструментами, но не могут прогнозировать согласованные действия с объектами трехмерной панели управления.
«Это говорит о том, что визуальные области рук специально настроены для действий с инструментами.
«Наше открытие меняет наши фундаментальные представления о том, как мозг управляет нашими руками, и может иметь важные последствия для здоровья и общества.
«Например, это могло бы помочь в разработке более совершенных устройств или реабилитации людей, которые потеряли функцию конечностей из-за травмы головного мозга . И это могло бы даже позволить людям без конечностей управлять протезированием с помощью своего разума.
«Потенциал интерфейсов и протезов, управляемых мозгом, очень впечатляет», — добавила она.
«Отобранные вручную визуальные области представляют, как понимать 3D-инструменты: декодирование мозга во время реальных действий», опубликовано в журнале Neuroscience 10 мая 2021 года. Исследование финансировалось Фондом BIAL.
