В научно-фантастических комиксах персонажи часто обладают способностью к полёту с помощью биологических крыльев, однако для современной науки этот сценарий долгое время оставался за рамками возможного. Новое исследование доказывает, что человеческий мозг обладает достаточной гибкостью, чтобы интегрировать в схему тела даже те конечности, которые не предусмотрены эволюцией. Используя технологии виртуальной реальности, учёные продемонстрировали, как цифровая имитация полёта меняет структуру восприятия на нейронном уровне.
Идея эксперимента зародилась в ходе дискуссии между когнитивным нейробиологом Яньчао Би (Yanchao Bi) и руководителем лаборатории моторного контроля Пекинского университета Куньлинем Вэем (Kunlin Wei). Исследователи задались вопросом: сможет ли человек освоить механику птичьего полёта в виртуальной среде и как на это отреагирует мозг? Для реализации этой задачи нейробиолог Иян Цай (Yiyang Cai) разработал интенсивную недельную программу тренировок, основанную на биомеханике полёта птиц.
В эксперименте приняли участие 25 добровольцев. Используя VR-шлемы и датчики отслеживания движений, участники видели в виртуальном зеркале свои цифровые аватары — человекоподобные фигуры с массивными пернатыми крыльями рыжеватого цвета. Управление крыльями было привязано к движениям рук и вращению запястий: взмахи и наклоны в реальности дублировались виртуальными конечностями, позволяя маневрировать в цифровом пространстве.
Программа обучения включала ряд усложняющихся задач. Участники учились отбивать падающие воздушные шары, удерживаться в воздухе над виртуальными обрывами и пролетать сквозь кольца. По словам нейробиолога Цзыи Сюна (Ziyi Xiong) из Пекинского педагогического университета, скорость обучения варьировалась: некоторые осваивали полёт с первой попытки, другим требовалось до четырёх сессий, но прогресс наблюдался у каждого испытуемого.
После завершения курса тренировок учёные провели функциональное исследование мозга респондентов. Выяснилось, что участки зрительной коры, которые в норме реагируют исключительно на изображения человеческих конечностей, начали активно откликаться на фотографии различных крыльев. Более того, характер нейронного отклика на крылья стал напоминать реакцию мозга на настоящие руки человека. Это указывает на то, что мозг начал воспринимать виртуальные крылья как часть собственной биологической структуры.
Когнитивный нейробиолог Джейн Аспелл (Jane Aspell) из Университета Англия Раскин отмечает, что исследование наглядно демонстрирует невероятную пластичность мозга. Если мозг способен инкорпорировать (включать в себя) нечто столь «нечеловеческое», как крыло, то теоретически он может адаптироваться к любым другим видам технологических улучшений и протезов. Это открывает широкие перспективы для развития бионических протезов и экзоскелетов нового поколения.
Помимо изменений в мозге, эксперимент выявил трансформацию субъективного понимания процесса полёта. Как утверждает Куньлинь Вэй, личный опыт управления крыльями в VR даёт уровень понимания физики процесса, который невозможно получить через абстрактные знания или просмотр видео. Это может применяться для развития технологий искусственных чувств, позволяя людям воспринимать реальность новыми, ранее недоступными способами.
Исследование также ставит важные вопросы о будущем человека в цифровых мирах. По мере того как люди проводят всё больше времени в виртуальной реальности, границы их биологического «я» могут размываться. Способность мозга реорганизовываться в ответ на новый опыт обучения оказывается гораздо шире, чем предполагалось ранее, что делает виртуальную реальность не просто инструментом развлечения, но и полигоном для изменения человеческой природы.
Яньчао Би подчёркивает, что этот опыт полностью меняет мировосприятие человека. «Возможность почувствовать крылья как свои собственные конечности подтверждает, что мозг не является статичной структурой, а постоянно подстраивается под задачи, которые ставит перед ним окружающая — пусть и виртуальная — среда». В будущем результаты работы могут лечь в основу систем реабилитации или обучения управлению сложной робототехникой.