Гравитация против контроля тела: эксперимент в невесомости

Новое исследование, опубликованное в журнале Experimental Brain Research, доказывает: наша способность ощущать положение своих конечностей, то есть так называемое чувство положения или проприоцепция, искажается при изменении силы тяжести. Но не все виды этого чувства страдают одинаково: оказалось, что при невесомости некоторые способы определения, где находится рука или нога, больше сбиваются с толку, чем другие. Иными словами, наша нервная система, вероятно, использует более одного механизма для оценки положения тела.

Проприоцепция — это тот самый «шестое чувство», которое говорит мозгу, где находятся руки или ноги, даже если не смотреть на них. Главную роль здесь играют рецепторы в мышцах и суставах, а также вестибулярный аппарат во внутреннем ухе, отвечающий за равновесие. На Земле все это привычно работает под давлением силы тяжести — но вот гравитация резко меняется, например, на параболических полетах, когда самолет создает кратковременную невесомость (подобную космической). При этом силы, действующие на мышцы и суставы, резко отличаются от земных — что, как показали и предыдущие эксперименты, может сбивать настройки нашего внутреннего GPS.

Новая работа, руководимая профессором Уве Проске и старшим научным сотрудником Германского центра авиации и космонавтики Бернхардом Вебером, впервые отделила разные компоненты чувства положения на практике. В ходе серии параболических полетов ученые сравнили три метода оценки положения руки. Суть: когда наступает невесомость, одни методы резко теряют точность, а другие нет. Именно эти отличия позволяют предположить: позиционное чувство в мозге строится не одним, а несколькими путями.

Как рассказали авторы, идея пришла во время обсуждения трудностей космонавтов. Астронавты нередко, просыпаясь в космосе, смотрят на «парящий циферблат» — и только включив свет понимают: это их собственные часы на руке. То есть в условиях микрогравитации без зрительных подсказок мозг может совсем «потеряться» — и это серьезная опасность, если работаешь, например, с техникой.

В эксперименте использовали три метода: сопоставление двух рук (две руки должны совпасть по положению), указание одной рукой на положение другой (скрытой) и воспроизведение запомненного положения (одна рука запоминает положение, после занимается воспроизведением этого угла). Все проходило в специальном кресле в самолете с использованием повязок на глазах.

Результаты поразили: там, где участвовали две руки или одна рука «указывала» на другую, ошибки резко росли при увеличении силы тяжести и чуть сокращались при невесомости. А вот при воспроизведении запомненного положения значительной разницы не было — память, кажется, не подвела ни на земле, ни в космосе. Это означает, что в одном случае двигательные ощущения построены на сигналах мышц, а в другом — больше на мозговой «карте» движений.

Авторы признают: выборка была скромной — всего 12 человек, что связано с дороговизной полетов. Следующий шаг — проверить, можно ли искусственно увеличивать или уменьшать усилие в суставе (например, надев эластичные жгуты) и таким образом корректировать ошибку в ощущениях даже в невесомости. Если гипотеза подтвердится, космонавтам можно придется носить специальные «жесткие» костюмы для поддержания чувства своего тела.

Почему у нас вообще есть несколько механизмов для одного и того же чувства — позиционного? На этот вопрос пока нет ответа. Возможно, дело в том, что потеря одного механизма при изменении среды компенсируется другим — постоянная игра баланса между памятью, мышечными датчиками и мозгом. Авторы полагают: придется пересмотреть классическое представление о том, что наше внутреннее чувство положения – это только сигналы от нервных окончаний.

Исследование лишь подчеркивает, как мало мы знаем о собственном теле и разуме. Даже «простое» ощущение, где наша рука, оказалось удивительно сложной задачей, которую мозг решает несколькими способами — иногда ошибаясь, особенно в невесомости.