Полученные данные дают представление о том, как мозг уравновешивает различные типы сенсорной информации, чтобы контролировать самые ранние этапы движения, добавляя к нашему пониманию того, как эти процессы контролируются в состоянии здоровья и болезни.
На протяжении повседневной жизни мы меняем движения тела в ответ на меняющиеся сигналы. Например, при достижении целевого объекта наш мозг использует визуальную информацию о том, где находится объект, а также информацию о нашем текущем положении тела и самодвижении.
Эта информация изменяется постоянно и быстро, поэтому существует непрерывный сложный цикл обратной связи, в котором мозг преобразует информацию в правильную и точную реакцию мышц. Ключевым компонентом этой обратной связи является «рефлекс растяжения» мышцы, который возникает за миллисекунды до фактического произвольного движения мышцы.
«Несколько исследований показали, что мозг объединяет несколько типов сенсорной информации для достижения произвольного мышечного контроля», – объясняет ведущий автор Сё Ито, исследователь из NTT Communication Sciences Laboratories, Канагава, Япония. "Однако неизвестно, рассчитывается ли контроль начального рефлекса растяжения из нескольких сенсорных источников или из одного источника, такого как визуальная информация.
В этом исследовании мы изучили, как изменение визуальных сигналов, таких как искажение или устранение этой информации, влияет на интенсивность рефлексов растяжения мышц."
Команда провела эксперименты с людьми, которых просили подвести курсор к визуальной цели.
В первом эксперименте движение курсора было изменено, искажая визуальную обратную связь, полученную участниками. Исследователи рассчитали влияние этого изменения в обратной связи визуального курсора на рефлекс растяжения мышц, механически измеряя мышечную активность на запястье.
Они обнаружили, что за счет введения несоответствия между реальным движением руки и движением курсора на экране сила рефлекса растяжения мышц снижалась.
Затем они сравнили рефлекс растяжения мышц, когда люди получали нормальную визуальную обратную связь о том, как движется курсор, с получением зеркально перевернутой версии того, как перемещался курсор. В половине испытаний курсор полностью исчезал во время выполнения задачи. И искажение, и удаление курсора способствовали изменению рефлекса растяжения мышц.
Удаление курсора снизило интенсивность рефлекса растяжения, предполагая, что способность видеть курсор важна для достаточной активации коррекции движения. Более того, чем дольше участники не могли видеть курсор, тем ниже интенсивность рефлекса растяжения и тем больше общая изменчивость движений людей. Это говорит о том, что уверенность в правильном положении конечностей важна для регулирования рефлекса растяжения.
В последнем эксперименте исследователи изучали, всегда ли обработка визуальной информации для координации мышечного движения сопровождается снижением рефлекса растяжения мышц. Для этого участникам нужно было снова подвести курсор к цели, но на этот раз цель прыгнула.
Это позволило команде измерить рефлексы при обработке визуальной информации, а также ранее рассчитанные рефлексы растяжения мышц. Они обнаружили, что снижение интенсивности рефлекса растяжения мышц происходит только тогда, когда в визуальную обратную связь вносится искажение, а не из-за искаженной карты между зрительной целью и двигательным действием.
«Наше исследование предполагает, что при отсутствии четких визуальных сигналов участники не уверены в правильности положения своей руки, что снижает рефлекс растяжения мышц и предотвращает неточное или несоответствующее движение», – заключает старший автор Хироаки Гоми, старший заслуженный исследователь и руководитель группы в NTT. Лаборатории коммуникационных наук. «Результаты показывают, что обратная связь, управляющая движением, рассчитывается мозгом не из одного сигнала, а из нескольких источников сенсорной информации, включая наше зрение, осанку и чувство самодвижения."