Движения головы меняют образ окружающей среды, воспринимаемый глазами. Люди по-прежнему воспринимают мир как стабильный, потому что мозг корректирует любые изменения визуальной информации, вызванные движениями головы. Впервые два нейробиолога из Центра интегративной неврологии им. Вернера Райхарда Тюбингенского университета (CIN) наблюдали эти процессы коррекции в головном мозге с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Их исследование, опубликованное в NeuroImage, имеет далеко идущие последствия для понимания воздействия виртуальной реальности на наш мозг.
Даже во время движения окружающая среда кажется стабильной, потому что мозг постоянно уравновешивает информацию, поступающую от разных органов чувств. Визуальные стимулы сравниваются с ощущением равновесия, относительными положениями головы и тела и выполняемыми движениями. Результат: когда люди ходят или бегают, восприятие окружающего нас мира не влияет на наш отскок. Но когда зрительные стимулы и наше восприятие движения не сочетаются друг с другом, это балансирующее действие в мозгу разваливается.
Любой, кто хоть раз окунулся в фантастические миры в очках виртуальной реальности, возможно, испытал этот разрыв. Очки VR постоянно отслеживают движения головы, а компьютер адаптирует визуальный ввод устройств. Тем не менее, длительное использование очков VR часто приводит к укачиванию .Даже современным системам VR не хватает точности, необходимой для идеального воспроизведения визуальной информации и движений головы.
До недавнего времени нейробиологи не могли определить механизмы, которые позволяют мозгу гармонизировать зрительное восприятие и восприятие движения. Современные неинвазивные исследования на людях, такие как функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), сталкиваются с одной конкретной проблемой: изображения могут быть получены только с головы в состоянии покоя.
Исследователи из Тюбингена Андреас Шиндлер и Андреас Бартельс разработали сложный аппарат для решения этой проблемы. Теперь они могут использовать фМРТ, чтобы наблюдать, что происходит в мозге, когда мы двигаем головой, воспринимая подходящие – или не подходящие – зрительные и двигательные стимулы. Для этого испытуемые в очках виртуальной реальности входили в специально модифицированный фМРТ-сканер, в котором управляемые компьютером воздушные подушки фиксируют головы испытуемых сразу после движения. Во время движений головы очки VR отображали изображения, соответствующие движениям. В других случаях в очках отображались изображения, несовместимые с движениями головы. Когда воздушные подушки стабилизировали головы пробандов после движений, регистрировался сигнал фМРТ.
Андреас Шиндлер говорит, "С помощью фМРТ мы не можем напрямую измерить нейронную активность. ФМРТ просто показывает кровоток и сатурацию кислорода в головном мозге с задержкой в несколько секунд. Это часто рассматривается как недостаток, но для нашего исследования это было действительно полезно на один раз: мы смогли записать тот самый момент, когда мозг испытуемого был занят балансированием собственного движения головы и изображений, отображаемых в очках виртуальной реальности. И мы смогли это сделать через несколько секунд после того, как голова испытуемого уже спокойно лежала на воздушной подушке. Обычно движения головы и изображение мозга несовместимы, но мы, так сказать, взломали систему."
Таким образом, исследователи могли наблюдать активность мозга, которая до сих пор изучалась только у приматов и, косвенно, у некоторых пациентов с поражениями головного мозга. Одна область в задней части коры островка проявляла повышенную активность всякий раз, когда отображение виртуальной реальности и движения головы согласованно имитировали стабильную среду. Когда два сигнала противоречили друг другу, эта повышенная активность исчезла. То же самое наблюдение справедливо и для ряда других областей мозга, ответственных за обработку визуальной информации в движении.
Новый метод открывает двери для более целенаправленного изучения нейронных взаимодействий между движением и визуальным восприятием. Более того, исследователи из Тюбингена впервые показали, что происходит в мозгу, когда мы входим в виртуальные миры и балансируем на острие ножа между погружением в воду и укачиванием.