Иллюзия двух левых рук

[fregimus]

Многие слышали об иллюзии резиновой руки. На стол кладется резиновая левая рука, а свою левую руку испытуемый прячет под стол. Экспериментатор одновременно поглаживает кисточкой настоящую невидимую руку и видимую резиновую. Через какое-то время (порядка десятков секунд) у испытуемого появляется ощущение, что резиновая рука — его. Это подтверждается и субъективно, опросами, и объективно: когда по резиновой руке неожиданно наносится удар, человек отдергивает настоящую руку, а электропроводность кожи мгновенно повышается, как будто в ответ на настоящее повреждение руки.

Интересно, что иллюзия резиновой руки сохраняется даже с резиновой рукой на конце метровой длины локтя. Однако она пропадает, если рука оказывается в анатомически невозможном положении, например, пальцами к испытуемому, или если это модель другой руки — резиновая правая рука не признается на месте невидимой собственной левой, даже если их одновременно щекотать кисточкой.

«Обладание» поддельной рукой, однако, следует рассматривать с точки зрения двух аспектов обработки информации, необходимость различения которых следует из предшествующих опытов. Резиновая рука делается частью тела с точки зрения перцепции, восприятия, или, как мы говорим, картины тела. В этом случае человеку кажется, что резиновая рука — его, то есть является частью его тела, и ощущение прикосновения кисточкой исходят от нее. Интересно было бы узнать, встраивается ли такая рука в другую цепь, которую называют динамической схемой тела. Эта подсистема обеспечивает неосознаваемое управление мышцами с целью довести движение до точки в пространстве. Естественно, что какие-то динамические упражнения с резиновой рукой сделать трудно.

Для разделения в эксперименте «блока восприятия» (картины тела) и «блока наведения» (схемы тела), исследователи из университета Ноттингема Р. Нюьпорт, Р. Пирс и К. Престон придумали более сложный эксперимент[1]. Испытуемый садится за стол и кладет на него левую руку. Параллельно столу находится зеркало, так что рука оказывается под зеркалом и не видна, а отражается в нем изображение с компьютерного монитора, закрепленного на высоте экраном вниз. В довершение всего, сигнал с видеокамеры, снимающей настоящую руку под зеркалом, передается в компьютер и проецируется на зеркало. Такая система может показывать руку на зеркале там же, где находится под зеркалом настоящая, без всякого «обмана», а может и обработать изображение, так что рук будет несколько, и что они будут действовать с запаздыванием относительно настоящей руки под зеркалом.

В начале эксперимента рука на зеркальном экране оказывается прямо над настоящей рукой, и испытуемому дается некоторое время к этому привыкнуть.Испытуемый поглаживает указательным пальцем зубную щетку, а рука на экране, само собой, повторяет это действие. В следующей фазе эксперимента компьютер показывает уже две копии левой руки: одна на 6 см левее настоящей, а другая на 6 см правее. Человек опять поглаживает пальцем зубную щетку, а руки на экране действуют не синхронно: одна из двух левых рук показывается с небольшой (0,5 с) задержкой. Через 20 секунд поглаживания щетки, испытуемому дается задание коснуться тем же указательным пальцем точки на экране, находящейся немного впереди, прямо перед настоящей рукой.

Качественно неожиданного результата не наблюдается: человек ощущает синхронно движущуюся руку своей, а запаздывающую воспринимает просто как изображение, будь она слева или справа. Движение поэтому оказывается отклонено в сторону воспринимаемой, синхронной руки. Заметить следует величину отклонения, а также его различие для случаев левого и правого «фантома»: если синхронизировано при поглаживании щетки изображение левой из двух смещенных рук, то ошибка в движении настоящей руки составляет 2 см, а если правой — то 4 см. Величина отклонения (а измеряется угол начального этапа движения, пока движение еще не может быть скорректировано зрением) весьма велика: получается, что фальшивая рука довольно заметно корректирует телесную схему всего через 20 секунд тактильно-визуальной стимуляции².

Испытуемым вслед за каждым опытом предлагался также опросник, где они оценивали по шкале от 1 до 7, насколько каждая из рук на изображении воспринималась ими как своя. Ответы отражают именно картину тела. В этой части эксперимента ответы показывают сильную корреляцию указания своею синхронизированного изображение руки, тогда как запаздывающее изображение частью тела не кажется.

В последнем, самом интересном опыте обе изображенные руки синхронно, без задержки повторяют движение настоящей. Получается, что испытуемый, поглаживая щетку пальцем, видит две совершенно одинаковые левые руки, повторяющие жест. После этого, когда на экране появлялась кнопка, на которую требовалось нажать, 19 испытуемых из 20 двинули к точке правую из двух левых рук, но с ошибкой в движении в 3 см, несколько меньшей, чем в случае синхронной правой из двух рук и запаздывающей левой.

Замечательно, что в ответе на вопросы о том, воспринималась ли каждая из рук своей, в этом случае большинство испытуемых ответили, что «своими» были для них обе руки. В целом, оцененная по опроснику степень восприятия руки как своей (то есть, принятия ее в перцептивную картину тела) не коррелирует с отклонением пути настоящей руки к цели («силой» выбора той или иной руки в динамическом тесте, то есть включении их в динамическую схему тела). Очень показательный пример: тот единственный человек, который в динамическом задании «выбрал» левую из двух рук, в опроснике показал, что своей он воспринимал правую руку намного сильнее, чем левую…

Таким образом, получается, что в картину тела включается лишняя рука — человек как бы принимает наблюдаемый факт, что у него стало две левых руки — всего лишь после 20-секундного визуально-тактильного «обмана». Система же «наведения», называемая традиционно схемой тела, обманывается в меньшей степени, и, по неведомой причине, склоняется в своей ошибке в сторону правой из двух левых рук — весьма вероятно, что выбирается ближайшая к телу рука; косвенные указания на это можно увидеть и в других опытах. Иными словами, система управления движением и система восприятия тела обе испытывают иллюзии — но каждая из них обманывается по своему!

Но нас-то с вами на такой мякине не проведешь, правда?

_______________________________________
1. Roger Newport, Rachel Pearce, Catherine Preston. Fake hands in action: embodiment and control of supernumerary limbs. Experimental Brain Research, Online 11 December 2009. (Статья в открытом доступе, можно читать по ссылке целиком).
2. Проприоцепторный дрейф, самопроизвольное смещение воспринимаемого положения полностью сокрытой от подопытного руки, проявляется значительно позднее, чем 20 секунд. Таким образом, в описываемом эксперименте очень заметно влияние зрительной обратной связи на величину и быстроту изменения схемы тела.

Comments

[fat-crocodile.livejournal.com]

А я правильно понимаю, что обмануть не сложно, но и восстанавливается всё довольно быстро? Или можно как-то (без химии) основательно запутать эти системы?

[fregimus.livejournal.com]

Правильно, и обмануть не сложно, и восстанавливается все быстро (хотя d**@** после моих опытов однажды не могла отделаться от полуметрового носа довольно долго, минут 10). Эти системы тренируются и учатся непрерывно, и компенсируют временные или постоянные изменения. Не только потеря конечности — даже если палец порезать, то на какое-то время (из-за болезненной обратной связи) он будет в динамической схеме подавлен, даже некоторое после того, как заживет. И на ушибленную ногу прихрамывают, избегая наступать поврежденным местом, даже когда оно уже не болит.

Насчет основательно, надолго запутать — не знаю. Убедить человека, что у него рука парализована, например? Анекдоты такие есть (начиная с заклинаний и гипноза), но серьезных работ не припоминаю. Не удивлюсь, если можно: человек — зверушка чрезвычайно обучаемая, и плохому, и хорошему…

[rainaldo anonimato (from livejournal.com)]

Кажется, в эпоху "компьютерной реальности" возможности наблюдения и оценки всех этих эффектов и усложнения экспериментов - весьма возросли?

Меня единственный нюанс Вашего рассказа как-то "запутал" или вселил недоумение:). Сначала абзац со словами "...или если это модель другой руки..." второпях я принял за указание, что с правой рукой таких эффектов в принципе не достигается, тут же и разобрался: нет, речь была лишь про "правую на месте левой". Но тем не менее - по всему тексту и даже в заголовке - описывается эксперимент исключительно с левой рукой, словно если бы это было принципиальным. Скажите, "которая из рук" - действительно имеет значение?

[fregimus.livejournal.com]

Нет, скорее всего, такой же результат будет и с правой. Просто конкретный эксперимент был с левой.

А компьютерные возможности — да, это здорово для таких экспериментов. Не только само построение иллюзии, но и анализ траектории движения самой руки 20 лет назад был бы чрезвычайно сложным и дорогим. Они снимали положение руки со скоростью 60 кадров в секунду — с кинопленкой или видеозаписью такой анализ было бы сложным и муторным. Да и камеры тогдашние под зеркалом так просто не разместишь.

[fat-crocodile.livejournal.com]

Ого, почти как в классической дзенской истории про рога (которую я 10 минут старательно искал в сети, но найти не смог; примерно так: ученик сколько-то лет медитировал на то что он бык, потом не смог пройти в дверь, т.к. рога мешали, потом учитель сказал ему разотождествиться с быком, запомнить ощущение и действовать по аналогии со всем остальным). А как вы этого достигли?

Подумал ещё -- кажется, не должно быть длительных эффектов. Если за 20 секунд мы научаемся считать своей резиновую руку, при том что всю жизнь тренировались воспринимать свои обычные, то после окончания эксперимента за те же 20 секунд по идее можно научиться обратно. Если способность к обучению не сломать.

Тем интереснее, как у вас получилось с носом :)

[zweipatronen.livejournal.com]

Вы, очевидно, путаете — психологическая важность какой-либо из рук здесь не обсуждается. Все рассуждения приводятся для левой руки (для ясности и по совпадению), а наименования «правая—левая» относятся лишь к симуляциям.

[zweipatronen.livejournal.com]

Ещё интересны (как продолжение и обобщение: собственно, рассматриваемое здесь есть частный случай от этого) подобного рода эксперименты, призванные разъяснить механизм возникновения «полного» телесного ощущения («телесного самосознания») и отклонений его от нормального состояния (внетелесный опыт). Занятно, что в этом случае задействованы, по видимому, не только сенсорная и моторная системы, но и какие-то дополнительные когнитивные процессы. Можно, например, Video Ergo Sum: Manipulating Bodily Self-Consciousness (http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/317/5841/1096) почитать (нужен доступ, полная версия — тут (http://web.missouri.edu/~segerti/2210/outofbody.pdf) нагугливается). Вообще, конечно, это актуально и подобного можно больше найти (кажется, выпуск (http://www.cortexjournal.net/issues/contents?issue_key=S0010-9452%2808%29X0012-7) Cortex'а был этому посвящён — за все статьи не скажу, как-то попалась редакторская колонка).

[redmassacre.livejournal.com]

в докторе Хаусе в одной серии так вылечили синдром фантомной боли у ветерана - через зеркало, в котором отражалась рука вместо нехватающей

[poslednii-krot.livejournal.com]

Рамачандран в своей книге рассказывает, что даже стол можно воспринимать частью своего тела, была бы правильная тактильная стимуляция. Неужели правую руку на месте левой нельзя почуствовать? Может, просто 20 секунд маловато?
А вообще, сразу хочется представить возможность управления фантомными руками по-разному. Насколько быстро человек научится, скажем, одной левой рукой держать книгу, а другой левой - листать? Как можно организовать такое управление? Как распределится управление двумя левыми руками по зонам мозга?
...Ух, дух захватывает :-)

[miiukmi.livejournal.com]

Вот да. Пожалуй не ошибусь, если скажу что для мозга любая часть тела рассматривается абсолютно так же "внешне", как и остальные предметы окружающего мира.
Одергивает мозг руку для того чтобы избежать спрогнозированное неприятное ощущение (чем в принципе мозг обычно и занимается). Если бы удар по камню на дороге для мозга был бы связан с неприятными эмоциями, то предпринялись бы действия для предотвращения такого удара.
А так как распознавание и выделение объектов [утрированно] сводится к нахождению пространственно-временных корреляций между спайками (например для простоты через пороговое евклидово расстояние в n-мерном пространстве-времени), то отсюда и закономерный результат с признаванием ложных рук своими, которые еще и имеют задержки во времени. Причем руки со схожей "архитектурой" (для левой левая), безусловно признаются "своими" гораздо охотнее (заточенной под такую архитектуру нейрональной структурой).
Ну и как вывод, чем больше рассогласование во времени и пространственном образе, тем через бОльшую работу по адаптации (менее охотно) будет происходить "признание".

[miiukmi.livejournal.com]

и маленькое дополнение стоит добавить, что согласование не только между сигналами от рецепторов (зрение и осязание), но, в данном случае, внутри связки эффекторных (движение руки) и сенсорных сигналов (наблюдение, ощущение).

[fregimus.livejournal.com]

Это Рамачандран придумал, если не ошибаюсь. Не помню, где описание эксперимента. Помощник садится впереди, к вам затылком. Вы кладете палец ему на нос и закрываете глаза. Экспериментатор кладет свой палец вам на нос, другой рукой берется за Ваш палец и синхронно водит пальцы: свой по Вашему носу, а ваш палец по носу помощника. Когда носы идентифицируется один с другим, из-за проприоцепции руки оказывается, что кончик Вашего носа находится в полуметре впереди. К сожалению, у меня нос так и не «вырос», но почти на всех действует, попробуйте.

[fregimus.livejournal.com]

Да, спасибо, я кое-что читал, что-то нет. Статью в Nature видел, Кортекса не помню. Надо будет посмотреть.

[fregimus.livejournal.com]

Я не слышал о Хаусе, но это совсем другой другой доктор открыл, Рамачандран: http://www.ted.com/talks/lang/eng/vilayanur_ramachandran_on_your_mind.html

[fregimus.livejournal.com]

Обманываться можно только до определенной степени, иначе может показаться, что весь белый свет — часть тела. Можно или нельзя своей почувствовать зеркальную руку — я не знаю, что нельзя, просто результаты экспериментов были отрицательные. Может, и правда, можно. Говорят, что протезы ощущают будто собственную руку, хотя они далеко не всегда похожи по форме (ссылки в статье, которую я здесь описываю).

Насчет управления фантомными руками: http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7198/full/nature06996.html (эта же статья для всех желающих http://www.neuro.uoregon.edu/wehr/coursepapers/Velliste-Schwartz-2008.pdf) и видео: http://video.google.com/videoplay?docid=4170197582312233696#

Насчет человеков сложно, тут ведь надо черепушку открывать, к мозгу подключаться. Наверное, какие-то эксперименты с протезами скоро уже произойдут. С дополнительными руками — тут уже сложный вопрос биоэтики. Будут и они, конечно, куда ж денешься, но не сразу: сперва будет долгая драка подушками и все окрест в пуху и перьях. А потом уж и генетически отрастят.

[fregimus.livejournal.com]

Тут стоит задуматься, где у «мозга» заканчивается «внутреннее» и начинается «внешнее».

[anny-key.livejournal.com]

У иванова-петрова недавно обсуждали нахождение "я" в теле, так у многих мозг и "я" оказались в разных местах и разными сущностями, что уж говорить о теле.

[miiukmi.livejournal.com]

да, соглашусь. Это намного более актуальный аспект.
И в этом направлении предположения кажутся менее обоснованными. Но почему бы не попробовать трактовать как-либо известные данные, выразив это в паре тезисов(?):
- принцип работы мозга одинаков для всех объектов (через имеющиеся образы этих объектов), будь-то рука, лопата или камень (можно сказать, для него всё- внешнее).
- человечек (сознание,я), порождаемый этим мозгом, может разделять объекты на свои - не свои (некоторые объекты могут занимать промежуточное положение в этой классификации). Своими он, например, может считать те, результат воздействия на которые с высокой степенью подтверждает прогноз. Схематично: в мозге имеется модель объекта 'О'. В определенный момент времени возникает модель/прогноз- "воздействие 'А' на объект 'О' -> ответ 'Б'". Если после подачи (на эффекторы) команды 'А' результат 'В' (снятый с сенсоров) совпадает с 'Б' (и так- для каждого момента на продолжительном отрезке времени), то 'О'- считается своим.

[miiukmi.livejournal.com]

замечания к описанию:
1 гуманитарно, без привязки к железу/механизму. но описание этих предположений с такой привязкой и подтверждающими экспериментальными данными, думаю, вполне можно реализовать.
2 второй тезис как будто противоречит первому- см.3-е замечание.
3 отсюда можно сделать дальнейшие шаги в понимании "Я". Например "Я" может явиться отражением низкоуровневых процессов мозга, при котором наличие Я сводится к наличию совокупности образов таких вот (внешних) объектов, результат управления которыми хорошо/максимально подтверждает прогноз.
(некоторые человеки, тяготеющие к идеям прошлых веков, так и говорят, что существование Я/"меня"- есть единственный факт, не поддающийся сомнению).