Американські і шведські дослідники показали, що застосування ілюзії гумової руки в поєднанні з електростимуляцією соматосенсорної кори головного мозку дозволяє створити у випробовуваних відчуття того, що штучна рука є частиною їх тіла. Стаття опублікована в журналі.
Останнім часом дослідники постійно розширюють функціональність протезів кінцівок: вже створені біонічні протези, що забезпечують не тільки руховий контроль, а й зобов'язання за рахунок зв'язку між сенсорами в штучній кінцівці і електродами, імплантованими в мозок. Однак досі вченим не вдавалося створити у власників штучних рук відчуття, що протез є частиною їх тіла, а не чужорідним предметом. Зробити це складно, зокрема, тому, що більшість експериментальних інтерфейсів, що забезпечують чутливість руці-протезу, підключаються до периферичних нервів. У процесі тренування їх стимуляція призводить до формування нових нейрональних зв'язків у мозку, які переводять сигнали від датчиків протезу в тактильні відчуття. Однак такі інтерфейси вимагають ненарушеного зв'язку периферичних нервів з корою мозку і тому не підходять пацієнтам з травмами спинного мозку або нейродегенеративними захворюваннями.
Автори нової статті вирішили використовувати електростимуляцію соматосенсорної кори мозку в поєднанні з ілюзією гумової руки, щоб створити у власників протезів відчуття володіння справжньою рукою в обхід периферичних нервів. Класичний експеримент, що демонструє ілюзію гумової руки, був описаний в 1998 році. У цьому експерименті одну руку випробовуваного ховали за екран, залишаючи на виду «заміщуючу» її гумову руку. При синхронних дотиках до обох рук - гумової і справжньої - у добровольця виникало відчуття, що гумова рука належить йому, а тактильні відчуття локалізовані саме в ній. Цікаво, що ця ілюзія зберігається навіть при використанні замість гумової руки інших предметів - наприклад, смартфона.
У випробуваннях, описаних у новій статті, брали участь два добровольці з епілепсією, яким для виявлення осередків епілептичної активності в мозку було призначено електрокортикографічне картування мозку, що вимагає підведення електродів безпосередньо до кори мозку. Електроди були імплантовані в соматосенсорну кору: у одного пацієнта в представництво (ділянка, що відповідає за чутливість) правої руки, а в іншого - в представництво лівої руки.
Справжню руку випробовуваних закривали від них екраном, а замість неї на столик перед ними клали штучну гумову руку - таким чином, щоб вони добре її бачили. Електрогенеруючий пристрій торкався цієї гумової руки спеціальним щупом і одночасно з кожним дотиком генерував електричний імпульс, що стимулює представництво відповідних ділянок руки в соматосенсорній корі. Добровольців при цьому просили розповісти, наскільки вони відчувають гумову руку як свою власну, а також локалізувати дотики до неї.
Виявилося, що випробовувані без зусиль локалізували дотики з точністю до фаланги пальця. При цьому обидва добровольці описували відчуття, які викликає у них стимуляція соматосенсорної кори, як «неприродні» і несхожі на що-небудь випробуване ними раніше. Так, один випробуваний описав свої відчуття як такі, що нагадують вібрацію, а інший - як схожі на легкий тиск. Незважаючи на це, обидва добровольці повідомили, що відчувають гумову руку як свою власну.
Цікаво, що ілюзія «своєї» руки зберігалася тільки в тому випадку, коли дотики до неї були синхронізовані з електричними імпульсами, що стимулюють соматосенсорну кору. Коли електричні імпульси генерувалися із запізненням, ця ілюзія зникла. Також вона зникала, якщо дослідники стимулювали ділянки соматосенсорної кори, що відповідають не за руки, а за інші частини тіла. Це говорить про те, що для відчуття штучної руки як своєї власної необхідне одночасне поєднання візуального стимулу (випробовуваний бачить, як пристрій торкається до гумової руки) зі стимуляцією відповідної ділянки соматосенсорної кори. Як підсумовують автори, отримані результати підтверджують, що за допомогою електростимуляції мозку можна створювати у власників протезів відчуття того, що штучна рука є частиною їх тіла.
Нещодавно американські вчені розробили нейроінтерфейс, який дозволив повністю паралізованій людині зобов'язати предмети за допомогою протеза. Робота цього інтерфейсу, підключеного до датчиків на протезі, також заснована на безпосередній стимуляції соматосенсорної кори в обхід периферичних нервів і забезпечує відчуття, близькі до єствісних.