Ученые научились выявлять моторные нарушения с помощью 3D-объектов

© iStock

Исследователи из НИУ ВШЭ разработали новую экспериментальную методику, которая позволяет исследовать, как мозг планирует и выполняет движения. Используя 3D-печатные объекты и систему инфракрасного трекинга, они доказали: мозг начинает оптимизировать действия еще до начала движения. В будущем это поможет при лечении различных нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона. Работа опубликована в журнале Frontiers in Human Neuroscience.

Когда человек берет чашку или застегивает пуговицу, его мозг заранее планирует движение. Этот процесс называется моторным планированием. Он особенно важен при сложных действиях — например, если предмет нужно не только поднять, но и повернуть. У пациентов после инсульта или с болезнью Паркинсона этот механизм часто нарушен, поэтому понимание его структуры необходимо для эффективной реабилитации.

Ранее исследователи использовали реакции на визуальные стимулы, ЭЭГ или МРТ, чтобы изучить моторное планирование. Однако эти методы не позволяли точно отделить саму фазу планирования от выполнения движения. Кроме того, в большинстве экспериментов использовались знакомые предметы, что мешало исследователям исключить влияние привычек и ассоциаций.

Ученые из Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ разработали новую методику для изучения того, как мозг планирует действия. В ходе эксперимента 21 испытуемый выполнял серию задач на захват и размещение объектов, распечатанных на 3D-принтере. Каждый из четырех объектов имел абстрактную форму, не связанную с повседневными предметами, что позволило исключить влияние привычек. Задача заключалась в том, чтобы взять объект, при необходимости повернуть его и точно разместить на картонной подложке с изображением этого же объекта.

В эксперименте использовались четыре варианта поворота: 0°, 90°, 180° и 270°. Движения участников отслеживались с высокой точностью с помощью инфракрасной трекинг-системы. Авторы сегментировали каждое движение на отдельные фазы — от момента открытия защитных очков до завершения размещения объекта. Это позволило детально рассмотреть, как изменяются параметры движения при усложнении задачи.

На изображении показан набор экспериментальных объектов и условий, использовавшихся в задаче на захват.

© Vyazmin A, Behera S, See GL, Moiseeva V and Feurra M (2025) A comprehensive approach to studying motor planning and execution using 3D-printed objects and motion tracking technology. Front. Hum. Neurosci. 19:1620526. doi: 10.3389/fnhum.2025.1620526

Выяснилось, что необходимость вращения объекта существенно влияет на моторное планирование: увеличивается время начала движения, меняется амплитуда раскрытия пальцев, а траектория кисти становится длиннее. Симметричный поворот на 180° выполняется быстрее, чем асимметричные на 90° и 270°. Это показывает, что не только сложность, но и геометрия движения влияет на планирование. Таким образом, моторное планирование не сводится к простой реакции на стимул, а представляет собой отдельную фазу, зависящую от будущих требований к движению.

Маттео Феурра

Разработанная методика может быть полезна не только в фундаментальных исследованиях, но и в клинической практике. Четкое разделение фаз планирования и выполнения поможет точнее диагностировать и реабилитировать нарушения моторики у пациентов после инсульта или с другими неврологическими заболеваниями. «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», — резюмирует один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований НИУ ВШЭ Маттео Феурра.

Исследование осуществлено в рамках Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ.