Столкновение с роботами-противниками заставляет игроков настольного тенниса работать в полную силу

Игрок в настольный теннис в кепке с электродами смотрит на соперника. Это не противник из плоти и крови; роботизированная металлическая бочка напротив стола выпускает шар каждые несколько секунд. Согласно исследованию, опубликованному сегодня в eNeuro, мозг игрока по-разному реагирует, когда он сталкивается с противником-человеком или с холодными, расчетливыми навыками машины.

Исследование переносит визуализацию мозга в реальную конкурентную среду, говорит Торбен Хюльсдюнкер, нейробиолог и спортивный ученый из Университета LUNEX, который не принимал участия в исследовании. «Всегда сомнительно, сможете ли вы перенести результаты, которые мы имеем в стандартной лаборатории, где у нас есть задание на компьютере, в ситуацию на корте», - говорит он.

Ученые-спортсмены, такие как Хюльсдюнкер, уже давно используют электроэнцефалограмму (ЭЭГ) и другие методы визуализации мозга, чтобы изучить, как колеблется мозговая активность элитных спортсменов во время их выступлений в лаборатории. Чтобы отслеживать эту мозговую активность в более естественных условиях, они снабдили спортсменов ЭЭГ-капсулами, которые измеряют электрические импульсы в мозге, и портативным ранцевым устройством визуализации. Раньше, когда исследователи пытались использовать ЭЭГ-капсулы для регистрации активности во время напряженной деятельности, движения вносили в данные много шума. Чтобы обойти эту проблему, группа из Университета Флориды (UF) разработала датчик ЭЭГ с более высокой плотностью электродов: 120 вместо обычных 16, 32 или 64. Дополнительные 120 электродов измеряют шум в данных, поэтому его можно вычитается из истинного сигнала мозга, примерно так же, как это делают наушники с шумоподавлением.

«Это означает, что на небольшом пространстве в вашей голове размещается очень много электродов», — говорит Дэниел Феррис, нейробиолог из Университета Флориды и соавтор исследования.

Исследователи сначала протестировали кепку на теннисном корте, но резкие движения шеи и тела игроков затрудняли получение точных записей. Итак, исследователи обратились к уменьшенной версии: настольному теннису. Когда кепка была на месте, игроки сталкивались либо с роботом, либо с человеком, подающим мяч, говорит Аманда Стадницки, соавтор исследования и аспирантка UF.

В любом случае, прямо перед тем, как игрок получил подачу, мозговая активность резко возросла в области, участвующей в планировании и интеграции визуальных сигналов и движений. При столкновении с противником-человеком эти нейроны обычно активируются в унисон, что является признаком того, что мозг находится в состоянии ожидания. Но против робота-противника активность мозга игрока выглядела иначе: она была менее скоординированной, клетки мозга срабатывали в разное время. По сути, при столкновении с более загадочным противником мозг был занят расчетами и прогнозами, пытаясь выяснить, когда прибудет мяч. Это привело к усилению состояния ожидания и внимания.

«Ваш мозг находится в совершенно другом состоянии, когда вы играете с машинами, стреляющими в вас мячами», — говорит Феррис.

Многие элитные спортсмены, в том числе занимающиеся настольным теннисом, уже используют тренажеры для тренировок. Но это исследование предполагает, что эта практика не может идеально имитировать столкновение с противниками-людьми, отмечают авторы. «Вам нужно максимально приблизиться к изображению того, что вам придется исполнять», — говорит Феррис. «Учитывая, насколько различна динамика мозга во многих из этих областей [при столкновении с роботом], я думаю, что это не лучшее совпадение».

Тем не менее, Студницки говорит: «Роботы удобны — их можно часто повторять, поэтому я думаю, что они по-прежнему того стоят». Но тренировки против людей обеспечат «большую вариативность, которую вы не получите с роботом».

Пока не ясно, почему мозг по-другому реагирует на робота. Авторы предполагают, что отсутствие у машины языка тела может вызвать другую реакцию.

Помимо занятий спортом, портативную кепку можно использовать для мониторинга активности мозга во время движения в повседневной жизни людей, которые здоровы или страдают двигательными расстройствами, такими как болезнь Паркинсона. А пока Феррис рад, что сделал первый шаг в настольном теннисе. «[Это] хороший испытательный стенд… Это способ проверить, можем ли мы на самом деле выяснить, что делает ваш мозг».