Головна Наука і космос

Як наш мозок створює здатність користуватися інструментами

21 серпня 2025 15:00 5 хвилин читання

Нещодавно видання Neuroscience News опублікувало статтю про новаторське дослідження, проведене вченими з Джорджтаунського університету. У ній ідеться про те, як наш мозок організовує рухи для використання інструментів. Ми підготували короткий виклад найважливішого з цієї публікації.

Як наш мозок створює здатність користуватися інструментами зображення 1

Як наш мозок створює здатність користуватися інструментами. Image: freepik.com

Традиційні уявлення в нейронауці припускали, що рухові функції мозку організовані за принципом «частини тіла». Згідно з цією концепцією, певні ділянки мозку контролюють руки, інші — ноги, і так далі. Однак з'являється альтернативна гіпотеза, яка стверджує, що деякі частини мозку можуть бути організовані за «типом дії», наприклад, хапання чи використання інструментів, незалежно від того, яка частина тіла задіяна. Розуміння, який із цих підходів вірний, має вирішальне значення для розробки методів реабілітації та відновлення функцій у людей після травм головного мозку.

Надкрайова звивина та «алфавіт дій»

Читайте також: Студенти не можуть переказати текст, який щойно прочитали: чи справді у цьому винен ШІ

Нові дослідження показали, що мозок будує складні дії, такі як повертання ключа або використання ножиць, шляхом комбінування невеликих наборів базових рухових патернів, які вчені назвали «кінематичною синергією». Ці патерни можна порівняти з літерами в алфавіті. Подібно до того, як ми комбінуємо літери для утворення слів, мозок використовує ці будівельні блоки для створення безлічі складних дій, спрямованих на об'єкти.

Підписуйтеся на наші соцмережі

Центром цього «алфавіту дій» є надкрайова звивина (supramarginal gyrus), яка функціонує як своєрідний «центр збирання» для рухів. Ця ділянка мозку відповідає за організацію рухів, необхідних для маніпуляцій з інструментами.

Дослідження, що перевернуло уявлення

Щоб перевірити нову теорію про організацію мозку, команда нейробіологів із Джорджтаунського університету провела унікальне дослідження. Вони вивчили групу добровольців, які народилися без рук і використовують ноги для виконання повсякденних завдань, зокрема з інструментами. За допомогою функціональної МРТ (фМРТ) дослідники сканували мозок цих людей, коли ті виконували дії з інструментами ногами.

Результати виявилися вражаючими та підтвердили нову гіпотезу. Вчені виявили, що в учасників, які використовували ноги, ділянки мозку, зазвичай активні при роботі з інструментами руками, все одно були задіяні. Це вказує на те, що деякі області мозку опікуються типом дії, а не тим, яка частина тіла її виконує. Ця організація може виникати навіть без типового рухового досвіду.

Однак дослідження також показало, що пластичність мозку має свої межі. Первинна моторна кора, яка є тісно пов'язаною з тілом, не реорганізувалася для використання інструментів ногами, навіть у людей, які все життя використовували ноги для цих завдань. Це свідчить про те, що деякі ділянки мозку є гнучкішими, ніж інші, особливо на ранніх стадіях розвитку.

Практичне значення та перспективи

Це дослідження виявило, що мозок має абстрактну, орієнтовану на дію організацію, яка може розвиватися навіть за відсутності звичного досвіду. Відкриття має глибокі наслідки для багатьох галузей.

Робототехніка та біоінтерфейси. Результати можуть допомогти у створенні досконаліших протезів та інтерфейсів «мозок-машина». Замість зчитування сигналів, що відповідають за конкретні рухи м'язів, майбутні пристрої можуть використовувати більш абстрактний код, що значно покращить їх функціональність.
Медична реабілітація. Розуміння цієї організації мозку може покращити методи відновлення функцій у людей, які перенесли інсульт або мають інші види уражень мозку. Це відкриває нові можливості для лікування порушень, таких як апраксія, яка є проблемою з виконанням звичних рухів.
Протезування. Один з учасників дослідження, Елвін Ло, який народився без рук, зазначив, що знання, отримані в ході цього дослідження, можуть допомогти створити протези, які будуть ефективнішими для людей, що втратили кінцівки.

Це дослідження показує, що мозок має дивовижну здатність до пластичності, що дозволяє йому адаптуватися до різних обставин, навіть якщо ці обставини суттєво відрізняються від типового розвитку.

Глосарій ключових понять

Надкрайова звивина (supramarginal gyrus): Ділянка мозку, що є частиною тім'яної частки. Відповідає за обробку мови, сприйняття та, як показало дослідження, за організацію рухів для використання інструментів.
Кінематична синергія: Набір базових, простих рухових патернів, які мозок може комбінувати для створення складніших дій.
Функціональна МРТ (фМРТ): Метод магнітно-резонансної томографії, що дозволяє вимірювати активність мозку шляхом виявлення змін у кровотоці.
Пластичність мозку: Здатність мозку змінювати свою структуру та організацію, адаптуючись до нового досвіду, травм або змін у середовищі.
Апраксія: Неврологічне порушення, що характеризується втратою здатності виконувати знайомі, цілеспрямовані рухи, незважаючи на збереження рухової функції.

Цей матеріал підготовлений на основі інформації з відкритих джерел. Редакція самостійно відбирає ключові факти, аналізує їх та структурує за допомогою AI-інструментів.