Люди предвосхищают силу гравитации, "видя", а не "чувствуя ее"

Гравитация - это невидимая сила, которая доминирует над всей нашей жизнью. Эта невидимая сила непреклонна, повсюду, мы боремся с ней каждый раз, когда делаем шаг. Но как именно люди объясняют это невидимое влияние, перемещаясь по миру?

Новое исследование, опубликованное 24 января 2020 года в Frontiers in Neuroscience, использовало виртуальную реальность для определения того, как люди планируют свои движения, “видя” гравитацию, используя визуальные сигналы в ландшафте вокруг них, а не “чувствуя ее” через изменения веса и баланса. Аспирант Дезидерио Кано Поррас, работавший в лаборатории доктора Меира Плотника в Медицинском центре Sheba, Израиль и его коллеги обнаружили, что наша способность предвидеть влияние гравитации зависит от визуальных сигналов, чтобы мы могли безопасно и эффективно спускаться и подниматься по склону.

Чтобы определить влияние зрения и силы тяжести на то, как мы двигаемся, исследователи набрали группу из 16 молодых, здоровых взрослых людей для эксперимента виртуальной реальности (VR). Исследователи разработали среду VR, которая имитировала уровень, подъем и спуск пешком. Участники были погружены в крупномасштабную систему виртуальной реальности, в которой они ходили по реальной беговой дорожке, которая была под уклоном вверх, под уклоном вниз или оставалась плоской. На протяжении всего эксперимента визуальная среда VR либо соответствовала, либо не соответствовала физическим сигналам, которые участники испытывали на беговой дорожке.

Используя эту установку, исследователи смогли нарушить визуальные и физические сигналы, которые мы все испытываем, когда ожидаем идти в гору или вниз. Таким образом, когда участники увидели горную среду в визуальных декорациях VR, они расположили свои тела, чтобы начать “торможение”, чтобы спуститься вниз, несмотря на то, что беговая дорожка фактически остается плоской или на верхнем уклоне. Они также обнаружили обратное - люди, готовились к большей "нагрузке", чтобы идти в гору в среде VR, даже если беговая дорожка оставалась плоской или указывала вниз.

Исследователи показали, что чисто визуальные сигналы заставляют людей корректировать свои движения, чтобы компенсировать предсказанные гравитационные изменения (т. е. торможение в ожидании повышения силы тяжести при спуске и напряжение в ожидании сопротивления гравитации при подъеме). Однако, в то время как участники изначально полагались на свое зрение, они быстро адаптировались к реальным условиям беговой дорожки, используя то, что называется “сенсорным механизмом перевеса”, который переориентировал телесные сигналы на визуальные. Таким образом, участники смогли преодолеть сенсорное несоответствие и продолжить ходьбу.

“Наши результаты подчеркивают мультисенсорные взаимодействия: человеческий мозг обычно получает информацию о силах от “сенсорных” органов чувств; однако он генерирует поведение в ответ на гравитацию, “видя” ее сначала, но не “чувствуя” ее изначально”, - говорит доктор Плотник.

Д-р Плотник также утверждает, что исследование представляет собой захватывающее применение новых и возникающих технологий VR, поскольку “многие новые цифровые технологии, в частности виртуальная реальность, позволяют достичь высокого уровня взаимодействия человека и техники и погружения. Мы использовали это погружение, чтобы исследовать и начать распутывать сложную зрительно-локомоторную интеграцию, достигнутую сенсорными системами человека.”

Д-р Плотник утверждает, что “это исследование является лишь "снимком" конкретной задачи, связанной с переходом к восходящей или нисходящей ходьбе. В будущем мы будем изучать задействованные нейронные механизмы и потенциальные клинические последствия для диагностики и лечения.”