Гравитация на нашей планете – постоянно действующий фактор окружающей среды. Можно заметить, насколько красивы и точны движения танцоров, акробатов, пловцов, несмотря на действие силы притяжения. Существующая теория говорит о том, что это – заслуга мозга, который способен определять и сохранять внутреннее отображение динамики внешней среды.
Считается, что из-за непрерывного воздействия гравитационных сил на тело в процессе развития и обучения, мозг человека воссоздаёт внутри себя своеобразную модель гравитации, которая помогает приспособиться к жизни на планете и оптимально взаимодействовать с окружением.
Тем не менее, оставалось неясным, в чём именно «выгода» этой модели и каким образом она помогает планировать и выполнять движения. Одна из существующих гипотез предполагала использование «внутренней модели» для предсказания и компенсации воздействия гравитации на тело. Другими словами – чтобы организм человека мог знать о тянущей вниз силе притяжения и во время движения постоянно противостоял ей. В процессе обучения мозга для мелких движений (например, поднять руку или переместить её горизонтально) вырабатывалась определённая, почти неизменная траектория и считалось, что их кинематика более-менее постоянна.
Альтернативная гипотеза постулировала, что гравитационная сила должна использоваться намеренно, делая эффективным планирование и выполнение произвольных движений. То есть, в противоположность первой теории, притяжение используется как вспомогательная сила. Например, для ускорения при движении вниз и, в качестве силы сопротивления, для замедления при движении вверх. Таким образом, направление (вверх/вниз) будет влиять на кинематику движений и изменять её.
В исследовании, опубликованном в журнале eLife (IF=8.303), учёные из INSERM решили сопоставить эти две гипотезы. Они изучили кинематику движений рук в условиях земного притяжения, а затем провели такой же эксперимент в самолёте во время параболического полёта, где гравитация близка к нулевой. А кроме того, построили симуляции для каждой из гипотез.
При сравнении полученных результатов, авторы статьи показали, что более вероятна альтернативная гипотеза. Во-первых, в потверждение этому было более точно показано, что при воздействии силы притяжения, во время перемещении руки вверх/вниз кинематика движения изменяется. Во-вторых, оказалось, что кинематика движений, наблюдаемая в условиях нормальной гравитации, исчезает в условиях нулевой гравитации. То есть «внутренняя модель» способна очень быстро перестраиваться при изменении окружающих условий.
Получается, что мозг использует внутреннюю модель гравитации для того, чтобы в условиях земного притяжения более эффективно управлять движениями и минимизировать прилагаемые физические усилия, а не противостоять ему.
Несмотря на то, что в экспериментах были изучены лишь вертикальные движения рук, учёные считают, что их наблюдения можно экстраполировать на более сложные движения, такие как хватание, рисование, горизонтальные движения рук и взаимодействие организма с гравитацией в целом.
Текст: Надежда Потапова
