Исследователи Института физиологии имени И. П. Павлова РАН, СПбГУ, НИУ ВШЭ и Института медико-биологических проблем РАН исследуют влияние гравитации на механизмы восприятия пространства и управления собственным движением людей, находящихся в невесомости. Исследователи выяснили, что после ослабления гравитационной нагрузки, моторная реакция человека менее подвержена влиянию оптической иллюзии, чем в норме.
Ученые изучили изменение зрительного восприятия в невесомости / ©Getty images
Ученые поставили эксперименты, выявляющие роль зрительного восприятия в условиях космического полета, когда кинестетическая информация подвергается искажению, а визуальная – способна компенсировать его. Исследователи предлагают дополнить методику исследований моделью, где были бы разделены механизмы двух зрительных подсистем – одной, направленной на совершение действий, и другой, отвечающей за восприятие.
Известно, что гравитационная разгрузка (ослабление гравитационной нагрузки) может влиять на тело и мозг космического путешественника разными способами. Любопытно проследить историю осознания проблем, которые могут возникнуть во время космических полетов, на примерах из художественной литературы. Еще Иоганн Кеплер («Сон, или Посмертное сочинение о лунной астрономии», 1634) предлагал, во-первых, отбирать для космических путешествий только здоровых испытателей, и, во-вторых, для безопасности путешественников усыплять их посредством наркотиков и опиума.
Герои повести «Вне Земли» К. Э. Циолковского (1920) бодрствовали, поэтому в первые мгновения невесомости испытывали то, что позднее получит название «ориентационных иллюзий», вследствие возникновения безопорного состояния (отсутствия опорной афферентации) и нарушении работы вестибулярного аппарата (отолиты, расположенные в полукружных каналах, теряют вес).
В более поздних научно-фантастических произведениях, таких, как «Путевой обходчик» Уолтера Миллера (1957), «Луна – суровая хозяйка» Роберта Хайнлайна (1966), перед героями встает и проблема мышечной атрофии, которая, по-видимому, может вести к дефициту проприоцептивной информации, то есть, к снижению степени осознания положения собственного тела в пространстве – за счет недостатка информации от мышц и сухожилий.
В результате таких нарушений (отсутствие опорной афферентации, уменьшение обратной связи от проприоцепции и искажение вестибулярного входа) происходит реорганизация систем управления движением – больший вес придается сигналам от сенсорных систем, менее зависимым от гравитации, и, следовательно, менее подверженных влиянию невесомости, в частности – зрительной системе.
Изучение механизмов сенсорных взаимодействий и их нарушений производится комплексно, как, собственно, во время космических полетов, так и в наземных исследованиях, позволяющих использование как большего размера выборок, так и более строгой циклограммы (плана) исследований. Существуют различные способы моделирования состояния невесомости. Наряду с моделями параболического полета, разгрузки одной из конечностей, подводного погружения и антиортостатической гипокинезии в гравитационной физиологии широко используется такая модель гравитационной разгрузки, как «сухая» иммерсия.
Испытатели, пребывающие в «сухой» иммерсии, погружены на свободно плавающей водонепроницаемой ткани в ванну, наполненную теплой водой, и остаются в таком положении в зависимости от плана опыта на протяжении от шести часов до 56 суток.
Как правило, на основе экспериментов, имитирующих состояние невесомости и включающих выполнение движений со зрительной обратной связью, изучаются изменения и адаптационные процессы в зрительной системе в целом. Между тем за рамками гравитационной физиологии и психофизиологии получила широкое распространение теория двух зрительных подсистем – «для действия» и «для восприятия», которые анатомически и функционально разделены в коре головного мозга человека.
Вентральный поток, «что», отвечает за сознательное зрительное восприятие, а дорсальный поток, «где», отвечает за обработку зрительной информации, необходимой для организации движений. В частности, среди экспериментов, подтверждающих существование таких подсистем, выделяются работы с использованием геометрических иллюзий. Люди ошибаются при зрительной оценке таких объектов, думая, что один из элементов иллюзии больше, а другой меньше. Но, если нужно совершить действие, например, схватить иллюзорный объект, то ошибка будет менее выражена.
Теория двух потоков позволила облегчить понимание элементарных нейрокогнитивных механизмов, лежащих в основе сенсомоторной координации в пространстве. Ученые из Института Физиологии имени И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербургского Государственного университета, Высшей школы экономики и Института медико-биологических проблем РАН рассмотрели результаты экспериментов, которые потенциально важны для прогнозирования изменений в вентральном и дорсальном потоках во время космического полета и при моделируемой микрогравитации.
На основе собственных исследований, проводимых в «сухой» иммерсии, наземной модели гравитационной разгрузки, предлагается использовать стимульный материал, содержащий как нейтральные стимулы, так и изображения, вызывающие геометрические зрительные иллюзии Мюллер-Лайера и Понцо. Согласно теории двух потоков, модальность ответа (вербальный или моторный) сказывается на силе воспринимаемой иллюзии.
Результаты экспериментов показывают, что величина ошибки при оценке объектов зависит от того, является стимул нейтральным или иллюзорным, и от того, в каком состоянии испытуемый дает ответ: обычном, или через некоторое время после пребывания в «сухой» иммерсии. Важно, что изменения в оценке размеров объектов с использованием вербального и моторного ответа происходят неравномерно. Как правило, сила иллюзии уменьшается по мере пребывания в сухой иммерсии при ее моторной оценке.
Это позволяет предположить, что гравитационно обусловленные изменения сенсомоторной координации в различной степени влияют на дорсальный и вентральный поток. Дальнейшее развитие этого направления исследований, начиная с тщательного анализа стимульного материала и методик исследования в наземных моделях и переноса экспериментов в космос, внесет значительный вклад в наши знания о восприятии космических путешественников. Исследование опубликовано в журнале Frontiers in Physiology.
