Во время испытаний роботизированного протеза «Третий большой палец» исследователи обнаружили, что обученные использовать палец участники воспринимали его как часть тела. Частое использование протеза повлияло на представления мозга о руке.
Английский дизайнер и выпускница лондонского Королевского колледжа искусств Дэни Клод разработала «Третий большой палец» в 2017 году. Протез способен заменить большой палец руки или расширить функции полной кисти. С дополнительным пальцем люди уже научились набирать больше предметов в кисть и крепко их держать, а также виртуозно играть на гитаре и облегчать действия, где пригодился бы ещё один палец.
Устройство напечатано на 3D-принтере и состоит из каркаса пальца, накладки на ладонь, браслета на запястье и встроенными в обувь под пальцы ног двумя сенсорами. Один сенсор при нажатии регулирует натяжение троса в искусственном пальце, другой поворачивает палец в нужную сторону. Сигнал от сенсоров передаётся по Bluetooth в два моторчика внутри браслета, которые меняют положение пальца.
После разработки протеза Дэни Клод пригласили присоединиться к команде нейробиологов в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе для изучения адаптации мозга к увеличению числа конечностей тела. Целью команды стало понять, может ли мозг человека полностью осознать дополнительную часть тела и как протез влияет на его работу.
В исследовании приняло участие 30 человек. Учёные сформировали две группы. Первая группа из 20 человек, которой выдали протезы «Третий большой палец» с разрешением забирать их домой, и контрольную группа из 10 человек со статическими протезами. В группы входили люди с полным набором пальцев на руках и ногах.
Испытуемым назначили ежедневные тренировки, которые они проходили в течение пяти дней. Участники поднимали предметы, формировали конструкции, учились писать, манипулировали хрупкими и сложными объектами, такими как винные бокалы. Участники также строили башни из кубиков с завязанными глазами или решая при этом математические задачи. Эти и другие упражнения направлены на усиление контроля за моторикой с использованием протезов.
Исследователи отметили, что участники быстро привыкли к протезам и изменили естественные движения кисти. Некоторые испытуемые утверждали, что воспринимают палец как часть руки.
До и после тренировок исследователи сканировали мозг участников при помощи функциональной магнитно-резонансной томографии. Во время сканирования участники двигали пальцами рук и в обоих случаях находились в устройстве МРТ без протезов.
Сканирование показало несколько интересных изменений в сенсорной и моторной коре головного мозга.
В обычных условиях за работу каждого пальца отвечает свой участок мозга, который легко выделить при сканировании. При использовании протеза паттерны активности размывались и стали менее отчётливыми.
Сканирование мозга через неделю после прекращения использования протеза показало меньшую выраженность изменений. Учёные предполагают, что изменения носят временный характер, но для подтверждения необходимы дополнительные исследования.
Результаты работы опубликованы в статье «Robotic hand augmentation drives changes in neural body representation» в журнале Science Robotics. DOI: 10.1126/scirobotics.abd7935
