Дослідження Університету Осаки показує, що мозок ефективно керує координацією під час ходьби, втручаючись тільки в разі значного зміщення ніг, що може знайти застосування в реабілітації та розробці допоміжних засобів.
Ходьба часто сприймається як щось само собою зрозуміле. Люди зазвичай вважають, що вони можуть працювати в режимі багатозадачності, одночасно «ходити й жувати жуйку» з мінімальними витратами розумових зусиль. Дійсно, кожна нога може ритмічно рухатися незалежно від іншої, керована своєю стороною спинного мозку.
Однак координувати ходу так, щоб ноги перебували в протифазі одна з одною на половину кроку – «протифазні стосунки», – не так уже й просто, коли на шляху постає перешкода або асиметрія, наприклад вигин стежки.
Нове дослідження Університету Осаки проливає світло на те, як підтримується нормальний ритм ходьби, і дає змогу поліпшити методи реабілітації пацієнтів із травмою мозку або іншими неврологічними проблемами.
У дослідженні, опублікованому в журналі Communications Biology, вчені знімали кінематичні дані здорових пацієнтів, що йшли біговою доріжкою, яка періодично порушувалася різкою зміною швидкості. Це призводило до короткочасної втрати протифазного співвідношення, але воно швидко відновлювалося, коли випробовувані переорієнтували свої рухи під час ходьби.
Дані цього експерименту були проаналізовані за допомогою математичної моделі двох пов’язаних осциляторів, схожих на два маятники, з’єднаних пружиною, і методу баєсівського висновку. Цей підхід дав змогу дослідникам обчислити найімовірнішу функцію, що відображає контроль мозку над координацією рухів ніг.
Щоб ще більше спростити завдання, було застосовано теорію фазового скорочення, яка припускає, що збурена система повертається до регулярного періодичного розв’язання, званого граничним циклом.
«Використання баєсівського умовиводу дало нам змогу зробити кількісний висновок щодо управління координацією рухів ніг», – каже провідний автор дослідження Такахіро Араї.
Дослідники виявили, що відносна фаза не контролюється мозком активно доти, доки відхилення від правильної протифазної орієнтації не перевищить певний поріг. Тобто мозок активно не втручається в координацію відносного положення ніг доти, доки вони не вийдуть на певну величину з кроку. Вони припускають, що відсутність постійного контролю підвищує як енергоефективність, так і маневровість.
«Ґрунтуючись на нашій моделі, ми бачимо, що мозок не є ні надмірно контролювальним, що обмежило б нашу здатність долати перешкоди та зажадало б багато мозкової енергії, ні надмірно слабким, що могло б призвести до падіння, коли ноги стають надто нескоординованими», – каже старший автор роботи Шинья Аой.
Це дослідження може виявитися важливим для поліпшення ходьби літніх людей або тих, хто пережив неврологічні наслідки інсульту або хвороби Паркінсона. Воно також може призвести до розробки фізичних пристосувань, які допоможуть людям ходити більш природно.
Раніше повідомлялося, що для оцінки почуттів психологи часто використовують шкалу від одного до дев’яти, де один – найнегативніше, а дев’ять – найпозитивніше значення, у наукових дослідженнях, вважаючи емоції або позитивними, або негативними, але ніколи й тими й іншими одночасно. Науковці іноді визначають емоції як стани мозку й тіла, які спонукають вас до чогось або відсторонитися від чогось. Зазвичай люди визначають їх як позитивні або негативні.