Лаборатория педагогической психофизиологии ДВФУ непохожа на типичную зону исследований: ни тебе белых халатов, ни колб, ни громоздких аппаратов. Полстены занимает мишень для дартса, обклеенная со всех сторон листами картона для защиты от дротиков. Стену, впрочем, это не спасает: крошечные дырочки видны далеко за пределами картонных листов. Но мишень здесь не ради развлечения. Учёные выясняют, как именно зрение помогает контролировать движения — например, во время игры в дартс.
Для этого испытуемых просят сыграть три игры: в обычный дартс, с закрытыми глазами и в очках виртуальной реальности — человек в них видит себя со стороны, «в третьем лице». Всё это время датчики костюма захвата движений, в который облачён волонтёр, фиксируют напряжение мышц и траекторию бросков. Так учёные высчитывают, что нарушается, когда мы совершаем простое привычное движение, но не регулируем его взглядом или регулируем неправильно — глядя на себя со стороны.
Гражданская наука: досье проекта
Наука: психофизика
Кто исследует: лаборатория педагогической психофизиологии Дальневосточного регионального научного центра Российской академии образования Дальневосточного федерального университета
Объект: мозг, мышцы и глаза человека
Цель: анализ роли зрительного восприятия в регуляции целенаправленных действий
Место: Владивосток
Сроки: сентябрь 2018-го — май 2019-го
Сбор испытателей: постоянный
Попасть примерно никуда
Надеть костюм захвата движений со специальными датчиками не самая тривиальная задача. Я натягиваю его при помощи липучек. Почти сразу на экране монитора появляется 3D-фигура, повторяющая каждое моё действие. Рядом фиксируются его скорость, ускорение и прочие физические параметры. Натянув наконец костюм, я надеваю перчатки и специальное устройство на голову — там тоже датчики.
— Сейчас будем калибровать костюм, — говорит Алексей Тумялис, старший научный сотрудник лаборатории педагогической психофизиологии ДВФУ, и начинает давать мне указания: — Сядьте, как в школе за партой! Теперь стойте, будто по стойке смирно! Разведите руки в стороны! Теперь руки вперёд, колени полусогнуты.
Пока я прыгаю перед научным сотрудником, на экране рядом с 3D-моделью мелькают цифры показателей. Наконец меня просят взять дротики.
— Я не попаду примерно никуда: дротики держу в руках впервые, — сразу признаюсь я учёным, но, к моему большому удивлению, справляюсь с задачей неплохо и даже несколько раз попадаю почти в центр.
— Мы зафиксировали траекторию и скорость, с которыми движется ваша рука в момент метания дротика. Теперь можем приступать к самой интересной части, — улыбается Алексей Тумялис и протягивает мне повязку для глаз.
Внутренний стандарт
Броски с закрытыми глазами помогают изучать, как работает моторная программа, она же мышечная память. Когда человек кидает дротик в обычной игре, в зрительной оперативной памяти мозга записывается информация о положении мишени, а движение выполняется на основе сенсомоторной интеграции (смотрим, целимся, кидаем). То есть вся информация, необходимая для успешного броска, у человека есть. Но нет возможности оценить с помощью зрения, насколько успешным было движение. И хотя мышцы помнят, как надо бросать, и довольно точно воспроизводят движение, невозможность зрительной проверки сбивает с толку. Положение руки меняется, как выяснили учёные, почти всегда по одним и тем же правилам.
— Пробуйте ещё, не отчаивайтесь, — говорит Алексей, когда очередной дротик с громким стуком падает на пол. С закрытыми глазами бросать намного сложнее, хотя я очень стараюсь задействовать зрительную память. Получается плохо: почему-то я постоянно переживаю, что попаду в учёных.
— Как и большинство других людей, вы отводите руку дальше, чем когда бросали дротик с открытыми глазами. Это один из компенсирующих механизмов, которые мы наблюдаем в эксперименте. Испытуемые стараются максимизировать точность броска через более жёсткий контроль выполнения моторной программы — проще говоря, прицеливаются более тщательно. Поэтому примерно за секунду до совершения броска рука при закрытых глазах находится дальше от туловища. Этот механизм называется ориентацией на внутренний стандарт.
Вне собственного тела
И вот она, завершающая часть эксперимента. Передо мной очки виртуальной реальности. Сзади чуть справа установлена камера, именно с этого ракурса я вижу себя в очках — в третьем лице. Искажение намеренное: для человека это нестандартные условия. Хотя я стою в той же позе, что и в предыдущих частях эксперимента, я этого не чувствую, потому что вижу себя совсем с другой стороны.
Я бросаю дротики и не попадаю даже в картон: почти все они летят в стену. Когда Алексей подсказывает мне, что изменить, получается чуть лучше: я попадаю в картон. Ощущения странные — понимаю, что вижу себя, пусть и со стороны, а значит, могу корректировать движения, но не выходит.
— Есть люди, которые даже в очках виртуальной реальности бросают дротики в цель, а есть как вы, которые не попадают, — рассказывает Алексей. — Это зависит от того, как взаимодействует с лобной корой наша стриопаллидарная система, контролирующая точность выполнения действий. Вы ведь видели, что попадаете всё время справа вниз, то есть лобная доля была задействована в оценке точности. Вы понимали, что бросок неточный. Но не могли его скорректировать: у вас это взаимодействие плохо активируется. Но вообще, когда мы наблюдаем за собой со стороны, всем нужно время, чтобы начать ассоциировать себя и своё тело с тем, что мы видим.
Не просто дартс
Учёные довольны результатами эксперимента: им удалось детально описать разницу в контроле собственных движений в зависимости от перспективы. Но это только начало. Исследователи из ДВФУ считают, что контроль и обратную связь при управлении своим или кибертелом можно значительно улучшить — например, разработав систему упражнений для коррекции неудачных механизмов, которые компенсируют отсутствие зрения или неверную перспективу.
— Когда мы смотрим на себя со стороны, скорость движений уменьшается. Мы хотим понять, насколько этот эффект можно нивелировать с помощью тренировок. Удастся ли увеличить скорость, но сохранить точность? Как зависит этот эффект от угла наблюдения? Вопросов, на которые мы хотим ответить, ещё очень много, — заверяет Алексей.
Результаты исследований пригодятся не только спортсменам и любителям компьютерных игр, но и в робототехнике: если человекоподобный робот копирует движения оператора, надо знать, что происходит с моторной сферой оператора. Любые ошибки могут привести к авариям. Кроме того, данные эксперимента помогут улучшить методы ранней диагностики двигательных расстройств.
— В общем, если хотите помочь науке, приходите к нам играть в дартс, — смеётся Алексей. — И весело, и пользы много.
Если вы хотите стать испытателем
Пишите на почту [email protected].
iStock