Учёные НИУ ВШЭ научились выявлять моторные нарушения с помощью 3D-объектов

Исследователи из НИУ ВШЭ разработали новую экспериментальную методику, которая позволяет изучить, как мозг планирует и выполняет движения. Используя 3D-печатные объекты и систему инфракрасного трекинга, они доказали: мозг начинает оптимизировать действия ещё до начала самого движения. В перспективе это открытие поможет в лечении нейродегенеративных заболеваний — в частности, болезни Паркинсона. Работа опубликована в журнале Frontiers in Human Neuroscience.

Что такое моторное планирование и почему это важно

Когда человек берёт чашку или застёгивает пуговицу, мозг заранее просчитывает движение — ещё до того, как рука сдвинулась с места. Этот процесс называется моторным планированием и особенно важен при сложных действиях: например, когда предмет нужно не только поднять, но и повернуть под определённым углом. У пациентов после инсульта или с болезнью Паркинсона этот механизм нарушен, поэтому понимание его структуры напрямую влияет на эффективность реабилитации.

Прежние методы — ЭЭГ, МРТ, реакции на визуальные стимулы — не позволяли чётко разграничить фазу планирования и фазу исполнения движения. Дополнительная сложность состояла в том, что в большинстве экспериментов использовались знакомые предметы, а привычные ассоциации искажали картину. Новая методика НИУ ВШЭ решает обе проблемы.

Как устроен эксперимент

В исследовании приняли участие 22 человека. Каждый выполнял серию задач с четырьмя объектами абстрактной формы, распечатанными на 3D-принтере, — форма намеренно не напоминала ничего из повседневной жизни, чтобы исключить влияние привычек. Задача состояла в том, чтобы взять объект, при необходимости повернуть его на 0°, 90°, 180° или 270° и точно разместить на подложке с контуром этого же объекта.

Движения участников фиксировались инфракрасной трекинг-системой с высокой точностью. Каждое движение делилось на отдельные фазы — от момента открытия защитных очков до завершения размещения объекта. Это позволило детально проследить, как меняются параметры движения по мере усложнения задачи.

Что показали результаты

Необходимость поворота объекта существенно влияет на моторное планирование: увеличивается время начала движения, меняется амплитуда раскрытия пальцев, а траектория кисти становится длиннее. При этом симметричный поворот на 180° выполняется быстрее, чем асимметричные на 90° и 270°. Это означает, что на планирование влияет не только сложность задачи, но и геометрия предстоящего движения.

Таким образом, моторное планирование — не просто реакция на стимул, а самостоятельная фаза, зависящая от будущих требований к движению. Мозг буквально «репетирует» действие заранее, и качество этой репетиции определяет точность и скорость результата.

«Система инфракрасного трекинга умещается в чемодан и может использоваться в клиниках, в спортивной науке или на выездных исследованиях. Но самое важное то, что она позволяет обнаруживать тонкие отклонения в моторике, которые могут быть ранними признаками неврологических расстройств.»

Маттео Феурра, один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ

Перспективы применения

Разработанная методика представляет интерес не только для фундаментальной науки. Чёткое разделение фаз планирования и выполнения движения позволит точнее диагностировать и реабилитировать нарушения моторики у пациентов после инсульта и при других неврологических заболеваниях. Портативность системы открывает возможности для клинического применения вне лабораторий.

Исследования мозга показывают: его способность планировать и адаптироваться формируется с детства и поддаётся тренировке. Когнитивные нагрузки — решение задач, программирование, работа с алгоритмами — развивают те же механизмы, которые учёные изучают в контексте моторного планирования. Именно поэтому раннее вовлечение детей в интеллектуально насыщенную среду имеет долгосрочный эффект: например, IT-школа для детей KIBERone в Кобрине системно развивает логическое мышление и навыки работы с информацией — то самое «планирование до действия», которое нейроучёные считают основой эффективной работы мозга.

Об НИУ ВШЭ

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из ведущих университетов России, многопрофильный научный, образовательный и аналитический центр. В кампусах в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в онлайн-кампусе обучаются более 60 тысяч студентов и аспирантов. Исследование выполнено в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.