Носіння штучного шостого пальця на руці протягом деякого часу впливає на уявлення пальців у моторній корі мозку, показали дослідники з Великобританії. Вони попросили людей кілька днів носити і користуватися керованим додатковим великим пальцем руки і відстежили активність моторної кори до і після цього за допомогою фМРТ. З'ясувалося, що після декількох днів носіння пристрою патерни мозкової активності в моторній корі, асоційовані з кожним пальцем, стали більш схожі один на одного, але ці зміни обратими. Стаття опублікована в.
Більшість електромеханічних штучних кінцівок - це протези рук і ніг, які люди втратили внаслідок травм або захворювань. У цій галузі ключову роль відіграють технічні розробки, що покращують характеристики протезів. Водночас є й інший напрямок: розширення можливостей людського тіла за допомогою додаткових штучних кінцівок. Ця область досить мала сама по собі, і ще менше в ній робіт, сконцентрованих не на конструюванні нових електромеханічних рук або ніг, а на вивченні того, як мозок сприймає нові частини тіла, якими він раніше ніколи не керував. Водночас знати те, як мозок здатен адаптуватися в таких умовах, важливо для створення додаткових кінцівок, застосовних на практиці і протягом тривалого часу, а не в лабораторних умовах.
У 2017 році Деніель Клод (Danielle Clode) розробила додатковий великий палець руки, зігнути який можна, натиснувши пальцем ноги на датчик у черевику. На той момент палець був дипломним проектом Клод у Королівському коледжі мистецтв у Лондоні. Пізніше Тамар Макін (Tamar Makin) з Університетського коледжу Лондона, що спеціалізується на дослідженнях представлення частин тіла в мозку, запросила Клод для вивчення впливу розробленого їй пальця на цю виставу. Дослідження показують, що з ранніх етапів розвитку в мозку формується чітке уявлення руки і окремих пальців. Макін з колегами вирішила провести експерименти, замірявши патерни активності моторної кори, асоційовані з рухом пальців, до, під час і після відносно тривалого використання нового пальця.
Сам палець кріпиться на руку навпроти великого пальця і складається з трьох сегментів. Разом з ним на куп'ясті надягається браслет з двома електромоторами, що натягують троси, і тим самим рухають палець. У нього є два ступені свободи: палець можна згинати і повертати. Клод вибрала для керування додатковим пальцем руки пальці ноги - під великими пальцями розташовано два датчики тиску, один з яких відповідає за згинання, а другий керує поворотом. Ця схема залишає руки вільними і в цілому добре зарекомендувала себе, але має і недолік, пов'язаний з тим, що пальцем не можна керувати під час ходьби.
Дослідники запросили 36 добровольців-правшів (24 в основній групі і 12 у контрольній, яка носила некерований палець). Протягом приблизно тижня (від семи до дев'яти днів) добровольці брали участь у восьми експериментальних сесіях. Спочатку кожен з них протягом однієї години носив додатковий палець, звикаючи до нього, вивчаючи принцип управління і слухаючи інструкції по наступних етапах експерименту. Потім проводилася чотиригодинна сесія із завданнями і фМРТ-скануванням. У п'ять наступних днів добровольці по дві години на день виконували різні завдання, наприклад, піднімали і переставляли предмети, тримали рукою склянку і одночасно діставали з неї тією ж рукою за допомогою ложки предмети і так далі. Після цього проводився ще один чотиригодинний експеримент і ще одне фМРТ-сканування.
Вже в процесі дослідження автори вирішили провести ще одне сканування через 7-10 днів після закінчення експериментів, але їм вдалося залучити тільки 12 учасників.
За час експериментів добровольці освоїлися з управлінням пристроєм і стали швидше виконувати всі завдання. Також автори перевіряли звикання до нового пальця, попросивши учасників по черзі зімкнути новий палець зі справжніми з відкритими і закритими очима. У цьому завданні також спостерігалося поліпшення контролю в міру проведення експериментів. Під час одного із завдань добровольців просили виконувати завдання пальцями (своїми і додатковим) і одночасно виконувати арифметичні обчислення - тим самим дослідники перевіряли, як підвищене когнітивне навантаження позначається на управлінні. Виявилося, що вона ніяк не позначалася і учасники виконували завдання рукою все також ефективно.
Дослідники виявили, що у групи з керованим пальцем порівняно з групою контролю знизилися кінематичні синергії рухів, тобто рухи стали складнішими і для їх опису необхідно більше компонентів, а рухи окремих пальців стали менш корелюючими між собою. Зміни в скоординованості рухів пальців підкріпили результати фМРТ-сканування.
Через металеві частини в пальці добровольці не вдягали його в томографі. В якості контролю вчені використовували активність області моторної кори, що активується при роботі лівої руки (пристрій носили на правій). Під час сканування учасники по черзі рухали окремими пальцями. Результати показали, що у групи, яка керувала пальцем під час експерименту, патерни активності моторної кори, асоційовані з рухом конкретних пальців, стали менше різнитися між собою. При цьому на лівій руці такого ефекту не було. Дослідження через кілька днів після експерименту показало, що скорочення відмінності між уявленнями пальців стало частково відновлюватися.
Дослідники відзначають, що результати показують можливість успішної інтеграції нової кінцівки. Разом з цим вони зазначили, що необхідно ретельніше досліджувати відновлення представлення пальців після того, як людина перестала користуватися пристроєм.
У 2018 році японські вчені показали, що люди здатні керувати одночасно своєю і додатковою руками, причому навіть якщо вони виконують завдання різного типу.