Евгения Чиаппе, главный исследователь исследовательской группы сенсомоторной интеграции Центра неизвестных Шампалимо, Лиссабон, Португалия, стоит в своем офисе. В трех метрах есть дверь, пол ровный и чистый. Евгения, которая намеревается идти по прямой к двери, за секунду измеряет расстояние и местность. Она закрывает глаза, делает четыре шага вперед и врезается в стул справа от нее.
Возможно, это вас не удивит. Кажется очень очевидным, что зрение связано со способностью эффективно двигаться, поэтому очевидно, что вы не можете ходить по прямой с закрытыми глазами. Но почему нет? Это движения, которые мы совершенствовали на протяжении многих лет, и тем не менее, мы с трудом можем сделать больше, чем несколько шагов без зрения. В исследовании, опубликованном сегодня в научном журнале Current Biology , ученые показывают, как визуальный контроль влияет на передвижение мух.
Связь между мозгом, телом и глазом
Эта статья является результатом исследования докторской диссертации Томаса Круса и исследует бесчисленные способы стабилизации локомоции и то, как на них влияет зрение. Это исследование основано на работе с плодовой мухой Drosophila melanogaster, хотя и Томас, и Евгения считают, что результаты применимы к животным с большим мозгом, включая человека.
Это исследование ставит под сомнение общепринятую модель того, как зрение влияет на передвижение. Юджиния Чиаппе объясняет, что «давнишнее представление о реактивных компенсаторных вращениях либо через координацию головы и тела, либо непосредственно на вращениях тела. Мы обнаружили, что это не так. движения тела путем настройки постуральной коррекции в качестве превентивной меры ".
Другими словами, ученые полагали, что визуальная обратная связь генерирует реактивные вращения: как только вы отклоняетесь от курса, зрение запускает компенсирующее вращение. В этой статье, однако, предполагается, что эти вращения происходят слишком быстро, чтобы это могло быть так, и что они фактически предотвращают ошибочные движения, а не реагируют на них, что не было общепринятой гипотезой.
Томас Крус считает, что настоящая новизна открытий состоит именно в том, что «эффект зрения должен иметь место гораздо ближе к контролю конечностей, чем считалось ранее, в мухом эквиваленте спинного мозга».
Евгения говорит, что «Томас показывает, что, когда нет зрения, системы контроля конечностей неизбежно реагируют на нарушения равновесия и позы. В то время как, когда зрение доступно, поведенческая цель - идти прямо - имеет приоритет над этими небольшими изменениями позы».
Без зрения ваше тело все еще получает некоторую информацию, которая помогает корректировать осанку. Если вы стоите на склоне, ваши лодыжки будут наклоняться вверх или вниз, чтобы удерживать ваше тело в вертикальном положении, чтобы вы не упали. Если вы сделаете шаг вперед левой ногой , следующий шаг правой будет следовать по пути наименьшего сопротивления - самое легкое движение для поддержания равновесия, но не обязательно по прямой. Однако, если у вас есть поведенческая цель - например, идти прямо вперед - зрение сводит требуемые корректировки позы к минимуму, чтобы добиться этого эффективно.
Как животное, насекомое или человек, решает, какой модели следовать? «Существует небольшое противоречие между тем, что животное желает делать, и тем, что физические свойства мира накладывают на контроль позы. Зрение искажает модель в пользу поведенческих целей. Когда зрение недоступно, предпочтительная модель относится к поза и равновесие. Эта идея в значительной степени применима и к людям », - заявила Евгения.
Летать голы?
При обсуждении поведения и намерений плодовой мушки возникает один очевидный вопрос: как узнать, действует ли она целенаправленно, если вы не знаете целей мухи? Евгения полностью доверяет Томасу за это, объясняя, что «это еще один интеллектуальный аспект этой статьи! Его было очень трудно проверить, потому что мы имеем дело с внутренним сигналом, который очень трудно извлечь из внешнего наблюдения».
Томас использовал FlyVRena, современную систему виртуальной реальности для проведения экспериментов. По его собственным словам, «мы погружаем муху в виртуальную реальность, чтобы с высоким разрешением измерять, как муха движется в этой среде, и контролировать, что попадает в сетчатку мухи. С людьми это можно сделать с помощью очков виртуальной реальности, но с помощью мухи мы построили небольшое пространство с полом, в котором использовалась технология виртуальной реальности, позволяющая нам точно управлять тем, что муха видит снизу. Стены и потолок помещения остаются статичными и пустыми, чтобы свести к минимуму «шум» визуальных стимулов. . С помощью этого метода мы проверили гипотезы вроде « Важно ли зрение для координации движений головы и тела?» »
Евгения объясняет, как команда могла определить, действовала ли муха целенаправленно или более случайным образом: «Это также было очень умно со стороны Томаса, который создал такую ситуацию в мире, что животное демонстрирует очень структурированное регулярное поведение. Таким образом, мы могли с уверенностью предположить, что любое отклонение от этого будет непреднамеренным или не связанным с поставленной целью. Для этого мы нагревали стены, а это означало, что муха всегда будет ходить в заданной области пространства, поворачиваясь поскольку он подошел слишком близко к одной из стен и двигался в предсказуемом направлении ». Тогда это был просто случай увидеть, как муха организовывает движение по телу в разных визуальных условиях, в том числе в полной темноте.
Применение знаний к большему мозгу
С этой новой информацией, каковы следующие шаги этого исследования? Евгения говорит, что «превентивный эффект визуальной обратной связи, который мы наблюдали, убедительно свидетельствует о наличии двунаправленного взаимодействия между сигналами спинного мозга и зрительными цепями в головном мозге, поэтому следующим шагом для нас является понимание их двунаправленного взаимодействия при различных формах поведения. В более общем плане, эти взаимосвязанные потоки информации между телом и мозгом не только влияют на контроль коррекции движений, но также создают восприятие, поручение и чувство собственного достоинства. Например, в определенных психических состояниях, например, когда пациент не может распознать свое собственное конечностей, существуют определенные состояния, в которых эти двунаправленные взаимодействия были фрагментированы ».
Последнее слово должно быть за Томасом, который готовится защитить диссертацию по этому исследованию. Он объясняет, что «следующим шагом будет определение точных схем, в которых сходятся эти источники информации, и исследование того, как они взаимодействуют, чтобы направлять поведение животного».
