Где-то прямо сейчас в Пхенчхане, Южная Корея, лыжница-олимпийская лыжница обдумывает повороты и вращения, которые она совершит в воздушных соревнованиях, конькобежец визуализирует, как он проскользнет мимо спортсмена на внутренней линии, а керлер представляя идеальную развёртку.
Это называется мысленной репетицией, и психологи, и спортсмены знают, что это работает: представление себя, выполняющего распорядок дня, будь то фигурное катание или что-то более приземленное, увеличивает наши шансы на успех. Теперь, как сообщают нейробиологи, февраль. 15 в Neuron они узнали, как мозг изучает физические задачи, даже в отсутствие движения в реальном мире, и обнаружили, что это может зависеть от того, чтобы привести разум в правильную исходную точку, готовый идеально выполнять все, что следует за ним.
"Мысленная репетиция дразнит, но трудна для изучения," сказал Саураб Вьяс, аспирант в области биоинженерии и ведущий автор статьи. Это потому, что нет простого способа заглянуть в мозг человека, когда он воображает себя мчащимся к победе или тренируется. "Именно здесь мы подумали, что интерфейсы мозг-машина могут быть той линзой, потому что они дают вам возможность видеть, что делает мозг, даже когда на самом деле он не движется," он сказал.
Хотя есть некоторые важные оговорки, результаты могут указать путь к более глубокому пониманию того, что такое мысленная репетиция, и, как полагают исследователи, к будущему, в котором интерфейсы мозг-машина, обычно считающиеся протезами для людей с параличом, также будут инструментами. для понимания мозга, сказали Кришна Шеной, Хонг Сех и Вивиан В. M. Лим, профессор инженерной школы, член Стэнфордского Bio-X и Стэнфордского института неврологии и старший автор исследования.
Что ты думаешь?
По словам Вьяса, идея исследования возникла во время размышлений о том, как люди учатся использовать интерфейсы мозг-машина для выполнения задачи. В типичной ситуации человек – или, очень часто, обезьяна – должен научиться перемещать курсор по экрану компьютера, используя только паттерны активности мозга, а не руки или другие движения. Это заставило Вьяса задуматься, может ли то, что люди (или обезьяны) узнают с помощью интерфейсов мозг-машина, каким-то образом, подобно мысленной репетиции, может передаваться в физические движения.
"Он просто сидит и думает, и, поскольку он думает, что ему становится все лучше и лучше" при перемещении курсора, – сказал Вьяс, имея в виду одну из изученных им обезьян. "Возникает естественный вопрос: что произойдет, если вы переключитесь в другой контекст, где теперь он действительно должен генерировать мышечную активность? Видите ли вы эффект этого обучения в новом контексте??"
Короткий ответ – да, умственное обучение действительно переходит в физическую работоспособность. Первоначально Вьяс научил двух обезьян, оснащенных интерфейсом мозг-машина, перемещать курсор из одного места в другое на экране компьютера, используя только свой разум, затем ввел усложнение, называемое зрительно-моторным вращением: какие мысленные сигналы они использовали ранее для перемещения курсора вверх. теперь переместил бы его под углом, скажем, на 45 градусов по часовой стрелке. Обезьяны легко адаптировались, и эта адаптация сохранялась, когда они повторяли одну и ту же задачу, используя руки, а не интерфейс мозг-машина, для непосредственного управления курсором. Теперь, если обезьяны хотели переместить курсор вверх, они поворачивали руки на 45 градусов по часовой стрелке.
Это говорит о том, что обезьяны делали что-то вроде мысленной репетиции, сказал Вьяс, – то, что они научились делать в своем уме, они затем могли делать руками. Некоторые дополнительные эксперименты и анализ записанной нейронной активности позволяют предположить причину: при репетиции задачи с помощью интерфейса мозг-машина модели активности в мозгу обезьян оказались в нужном месте, чтобы они могли выполнять ту же задачу вращения с помощью своих руки, хотя они никогда не делали этого раньше.
Новый способ исследовать разум
"Между нашей парадигмой и настоящей мысленной репетицией есть ключевые различия," Вьяс сказал, и есть причины с осторожностью относиться к слишком широкой интерпретации результатов. Во-первых, нельзя просто попросить обезьяну представить себе катание на лыжах по горному склону, как это можно было бы сделать с человеком. С другой стороны, мысленно репетировать задачу – это не то же самое, что использовать для ее выполнения интерфейс мозг-машина. В последнем случае люди получают обратную связь о том, как они работают, что они могут только вообразить на мысленной репетиции.
"Мы не можем доказать связь без тени сомнения," Шеной сказал, но "это важный шаг в понимании того, какая мысленная репетиция может быть в каждом из нас." Следующие шаги, по словам он и Вьяса, состоят в том, чтобы выяснить, как мысленная репетиция соотносится с практикой с интерфейсом мозг-машина – и как умственная подготовка, ключевой ингредиент в переносе этой практики на физические движения, связана с движением.
Между тем, по словам Шеноя, результаты демонстрируют потенциал совершенно нового инструмента для изучения разума. "Это как создать новый инструмент и использовать его для чего-то," Шеной сказал. "Мы использовали интерфейс мозг-машина для исследования и развития фундаментальной науки, и это просто супер-захватывающе."