Ученые из Сколтеха совместно с коллегами из БФУ имени Иммануила Канта, МГУ имени М. В. Ломоносова и Института эволюционной физиологии и биохимии имени И. М. Сеченова показали, что для активации сенсомоторных участков коры мозга можно использовать метод воображения не только движений, но и тактильных ощущений.
Проекция МРТ мозга / ©Пресс-служба Сколтеха
Результаты исследования опубликованы в журнале eNeuro. Для реабилитации пациентов после инсульта, травм или ампутации конечностей ученые используют воображение, которое приводит к физическим изменениям в организме человека. С его помощью можно мысленно тренировать сложные движения — в спорте, танцах или при игре на музыкальных инструментах. Такое «обучение» позволяет восстанавливать двигательные навыки с помощью интерфейса «мозг-компьютер», в том числе для возвращения способности к движению у пациентов с протезами.
Воображение активно изучается с точки зрения зрительных образов.
Такие исследования позволили создать «модель» того, как работает воображение. «Воображение — это процесс, обратный сенсорному восприятию, то есть сначала образ сознательно достается из памяти и дальше приводит к активации первичных сенсорных областей. Но эту модель нужно подтвердить и данными, полученными с других областей, — не только зрительных, но и тактильных, например», — рассказывает первый автор работы, старший научный сотрудник Центра нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана Лев Яковлев.
В исследовании приняло участие 20 здоровых добровольцев. Их учили тому, как воображать тактильные ощущения. Для этого ученые делали вибростимуляцию на поверхности кожи и просили участников запоминать ощущения, чтобы затем они смогли воспроизвести их мысленно. Так делали несколько раз, далее постепенно снижали силу вибрации и просили участников мысленно компенсировать недостаток ощущений.
«После того, как участники проходили такое обучение, они в течение шести секунд должны были воображать вибрацию на руке самостоятельно, без стимуляции. С этой задачей они справились, и при воображении наблюдалась особая реакция десинхронизации мю-ритма электроэнцефалограммы, которая свидетельствует об активации областей мозга, отвечающих за обработку тактильной чувствительности», — описывает процедуру эксперимента Лев Яковлев.
По словам ученых, в исследовании использовали небольшое количество каналов ЭЭГ, поэтому сказать о точной локализации источников активности сложно. Сейчас группа исследователей работает над следующим этапом, в котором регистрируется ЭЭГ высокой плотности — 128 каналов — и используются индивидуальные снимки головного мозга участников, полученные при помощи МРТ. Таким образом, исследователи смогут точно определить местоположение источников электрической активности при тактильном воображении.
«До сих пор реабилитация двигательных нарушений основывалась на тренировке двигательных отделов коры головного мозга. Это логично — если утрачены движения, то надо тренировать отделы, которые за них отвечают. Однако моторные отделы мозга тесно связаны с соматосенсорными, которые ответственны в том числе за осязание, поэтому тактильная чувствительность играет важную роль в регуляции движений. Идея исследования в том, что можно тренировать с помощью воображения не только двигательную кору головного мозга, но и соматосенсорную. Это может улучшить процесс нейрореабилитации пациентов», — добавляет Лев Яковлев.
Работа выполнена в рамках проекта РНФ, реализуемого в Сколтехе, в Центре нейробиологии и нейрореабилитации имени Владимира Зельмана, под руководством Александра Каплана.
