То, что рука или нога воспринимаются как часть собственного тела, кажется самоочевидным. Однако на самом деле это результат сложной работы мозга, который постоянно сопоставляет зрительные, тактильные и другие сенсорные сигналы. Чтобы понять, как именно формируется это ощущение, исследователи провели серию поведенческих экспериментов, электроэнцефалографию, неинвазивную стимуляцию мозга и компьютерное моделирование. В исследовании приняли участие 106 добровольцев.
Ученые изучали так называемое чувство телесной принадлежности — способность воспринимать часть тела как «свою». Ключевую роль в этом процессе, как показала работа, играет частота альфа-ритмов в теменной коре — области мозга, отвечающей за обработку сигналов от тела. Именно она определяет, насколько точно человек различает сигналы, относящиеся к собственному телу, и внешние стимулы.
«Мы выявили фундаментальный нейронный механизм, который формирует наше непрерывное ощущение воплощенности в собственном теле», — пояснил ведущий автор исследования Мариано Д’Анджело, научный сотрудник кафедры нейронаук Каролинского института. По его словам, полученные результаты могут быть важны для понимания психиатрических состояний, таких как шизофрения, при которых нарушено чувство собственного «я».
В эксперименте использовалась классическая иллюзия резиновой руки. Когда прикосновения к скрытой настоящей руке участника и к видимой резиновой руке синхронизированы, у многих возникает ощущение, что искусственная рука принадлежит их телу. Если же между зрительным и тактильным сигналами появляется задержка, это чувство ослабевает.
Оказалось, что у людей с более высокой частотой альфа-ритма мозг чувствительнее к таким временным несоответствиям. Они замечают даже небольшие задержки между увиденным и ощущаемым прикосновением, что обеспечивает более точное чувство телесной принадлежности. При более медленных альфа-ритмах временное «окно связывания» расширяется: мозг склонен воспринимать несинхронные сигналы как совпадающие по времени, из-за чего граница между телом и внешним миром становится менее четкой.
Чтобы проверить, является ли альфа-ритм причиной этих эффектов, исследователи изменяли его частоту с помощью слабой электрической стимуляции мозга. Это напрямую влияло на точность восприятия телесной принадлежности и на способность различать одновременность зрительных и тактильных стимулов. Компьютерное моделирование подтвердило, что альфа-ритмы регулируют временную точность сенсорной интеграции и тем самым участвуют в формировании ощущения собственного тела.
«Наши результаты показывают, как мозг решает задачу объединения сигналов от тела в единое ощущение самости», — отметил Хенрик Эрссон, профессор кафедры нейронаук Каролинского института и последний автор работы. По его словам, эти знания могут быть использованы при создании более совершенных протезов и более реалистичных виртуальных сред, в которых ощущение собственного тела играет ключевую роль.