Descoperirea care ne arată felul în care creierul ne controlează mâinile. De ce ne ajută să știm
Înțelegerea modului în care creierul controlează anumite acțiuni – cum ar fi ridicarea unui cuțit în mod corect – este importantă din mai multe motive. Unul dintre acestea ar fi dezvoltarea de interfețe creier-computer care pot ajuta persoanele cu membre artificiale să le controleze, folosindu-și mintea.
Cu toate acestea, modul în care creierul uman ne controlează mâinile pentru a percepe corect obiectele 3D nu este bine înțeles. Într-un studiu recent, cercetătorii au vrut să afle dacă pot folosi semnale din anumite părți ale creierului pentru a distinge dacă oamenii manipulează corect instrumentele – de exemplu, apucând un cuțit de mâner, mai degrabă decât de lamă.
Astfel, s-a publicat prima investigație despre dacă creierul uman procesează automat obiecte 3D în ceea ce privește modul în care le înțelegem pentru utilizare. Noua descoperire ar putea avea implicații importante și pentru sănătate și societate.
Utilizarea instrumentelor este considerată o caracteristică definitorie a speciei noastre. Apariția sa este considerată a fi un pas critic în evoluția primatelor, chiar gândit pentru a delimita aspectul Homo sapiens. Capacitatea unică a oamenilor de a proiecta, fabrica și utiliza instrumente este de neegalat în regnul animal.
Cum controlează creierul nostru mișcarea mâninilor
Majoritatea studiilor care investighează mecanismele creierului utilizează înregistrarea activității creierului, în timp ce oamenii vizualizează imagini cu instrumente sau mâini și nu atunci când oamenii efectuează mișcări reale ale mâinilor cu instrumente. Înregistrarea activității creierului în timpul utilizării instrumentelor este cu adevărat o provocare, deoarece spațiul din interiorul unui scanner de imagistică prin rezonanță magnetică (RMN) este mic, iar participanții trebuie să rămână nemișcați.
Dar perceperea unei imagini este destul de diferită de a acționa asupra unui obiect 3D. Chiar dacă poți recunoaște instrumentele din imagini, nu ai încerca niciodată să înțelegi sau să folosești imaginea unui instrument.
Vederea imaginilor cu instrumente activează diferite regiuni ale creierului, până când vedem alte tipuri de obiecte, cum ar fi scaune. Până acum se presupunea că aceasta era o trăsătură evolutivă care s-a dezvoltat pentru a optimiza procesarea acțiunilor mâinii asociate cu instrumentele.
Astfel, s-a folosit un scaner RMN pentru a colecta date de imagini cerebrale în timp ce participanții interacționau cu obiecte 3D. Folosind o tehnică specială de imagistică numită RMN funcțional (fMRI), s-a măsurat activitatea creierului prin extragerea tiparului modificărilor fluxului sanguin în anumite regiuni ale creierului.
Pentru a permite studierea acțiunilor reale cu mâna cu scannerul RMN, oamenii de știință au folosit un set de acțiuni reale unic pentru prezentarea instrumentelor 3D și a altor obiecte. Participanții se întindeau pe întuneric, pe un pat personalizat, cu o masă rotativă montată deasupra taliei, astfel încât să le poată arăta obiecte 3D și să le poată înțelege.
Acest studiu ar putea ajuta la cercetarea interfeței creier-computer
Cercetătorii au proiectat și au imprimat 3D instrumente de bucătărie de zi cu zi, cum ar fi un cuțit de plastic, un tăietor de pizza și o lingură, precum și un alt grup de obiecte pe care le-au folosit ca obiecte de control.
Apoi, au scanat creierul a 20 de voluntari la Spitalul Universitar Norfolk și Norwich în două sesiuni separate. În prima sesiune, participanții au fost rugați să prindă corect sau incorect instrumentele 3D și alte obiecte 3D. Aceiași participanți s-au întors la spital pentru o a doua sesiune în care s-au uitat pur și simplu la imagini cu instrumente, mâini și alte obiecte (nu s-au efectuat mișcări ale mâinilor).
Astfel, cercetătorii au studiat activitatea creierului atunci când participanții au văzut imagini cu instrumente și mâini, pentru a identifica ce părți ale creierului sunt zonele care răspund la imaginile mâinilor. Apoi au folosit inteligența artificială pentru a decoda activitatea din creier, ca să testeze dacă putem prezice dacă oamenii au apucat un instrument de mânerul său sau nu.
Foarte important, zonele vizuale ale mâinilor sunt special adaptate pentru acțiuni cu instrumente. Această descoperire ne schimbă înțelegerea fundamentală a modului în care creierul ne controlează mâinile.
Constatările acestea ne-ar putea ajuta să înțelegem regiunile creierului care au evoluat în mod specific în creierul uman. În viitor, am putea folosi activitatea zonelor vizuale ale mâinilor pentru a îmbunătăți interfețele și protezele conduse de creier sau pentru a ajuta la tratamentele persoanelor cu leziuni cerebrale. Cercetarea ar putea fi folosită chiar pentru a permite persoanelor fără membre să controleze protezele cu mintea.