В кепке с электродами игрок в настольный теннис смотрит на соперника. Это не противник из плоти и крови; роботизированная металлическая бочка через стол стреляет шаром каждые несколько секунд. Согласно исследованию, опубликованному сегодня в eNeuro, мозг игрока реагирует по-разному, когда он сталкивается с противником-человеком или холодным расчетливым умением машины..
По словам Торбена Хюльсдюнкера, нейробиолога и спортивного ученого из Университета LUNEX, исследование переносит визуализацию мозга в реальную соревновательную среду, не принимавшую участия в исследовании. «Всегда сомнительно, можно ли перенести результаты, которые мы получили в стандартной лаборатории, где у нас есть задача на компьютере, в судебной ситуации», — говорит он.
Спортивные ученые, такие как Хюльсдюнкер, уже давно используют электроэнцефалограмму (ЭЭГ) и другие методы визуализации мозга, чтобы изучить, как активность мозга элитных спортсменов колеблется во время их выступлений в лаборатории. Чтобы отслеживать эту мозговую активность в более естественных условиях, они снабдили спортсменов шапочками ЭЭГ, которые измеряют электрические импульсы в мозгу, и портативным устройством для визуализации в рюкзаке. В прошлом, когда исследователи пытались использовать ЭЭГ-шапочки для записи активности во время напряженной деятельности, движение вносило много шума в данные. Чтобы обойти это, группа из Университета Флориды (UF) разработала ЭЭГ-шапку с более высокой плотностью электродов, состоящую из 120 электродов вместо обычных 16, 32 или 64. Дополнительные 120 электродов измеряют шум в данных, поэтому их можно вычитается из истинного сигнала мозга, как это делают наушники с шумоподавлением.
«Это означает огромное количество электродов на небольшом пространстве в вашей голове», — говорит Дэниел Феррис, нейробиолог из Университета штата Флорида и соавтор исследования.
Сначала исследователи протестировали кепку на теннисном корте, но из-за резких движений шеи и тела игроков получить точные записи было слишком сложно. Итак, исследователи обратились к уменьшенной версии: настольному теннису. С надетой кепкой игроки столкнулись либо с роботом, либо с человеком, подающим мяч, говорит Аманда Студники, соавтор исследования и аспирантка UF.
В любом случае, прямо перед тем, как игрок получил подачу, активность мозга резко возросла в области, отвечающей за планирование и интеграцию визуальных сигналов и движений. При столкновении с противником-человеком эти нейроны обычно срабатывают в унисон, что является признаком того, что мозг находится в состоянии бездействия. Но против робота-противника активность мозга игрока выглядела иначе: она была менее скоординирована, клетки мозга срабатывали в разное время. По сути, столкнувшись с более непостижимым противником, мозг был занят вычислениями и прогнозами, пытаясь понять, когда прилетит мяч. Это приводило к повышенному состоянию ожидания и внимания.
«Ваш мозг находится в совершенно другом состоянии, когда вы играете с машинами, стреляющими в вас мячиками», — говорит Феррис.
Многие элитные спортсмены, в том числе в настольном теннисе, уже используют тренажеры для тренировок. Но это исследование предполагает, что эта практика не может идеально имитировать столкновение с человеческими противниками, отмечают авторы. «Вы хотите получить как можно более точное представление о том, что вам предстоит исполнить, — говорит Феррис. «Учитывая, насколько различна динамика мозга во многих областях [when facing a robot]я думаю, что это не очень хороший матч».
Тем не менее, Студницки говорит: «Роботы удобны — вы можете много раз повторять, поэтому я думаю, что они все еще стоят того». Но тренировки против людей обеспечат «большую вариативность, которую вы не получите с роботом».
Пока не ясно, почему мозг по-разному реагирует на робота. Авторы предполагают, что отсутствие у машины языка тела может вызвать другую реакцию.
Помимо спорта, портативная кепка может использоваться для мониторинга активности мозга во время движения в повседневной жизни людей, которые здоровы или имеют двигательные расстройства, такие как болезнь Паркинсона. Тем временем Феррис рад, что сделал первый шаг в настольном теннисе. “[It’s] хороший испытательный стенд. … Это способ проверить, действительно ли мы можем понять, что делает ваш мозг».