- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -

Не баг, а фича: исследование моторики и мозговой активности человека с полидактилией

Не баг, а фича: исследование моторики и мозговой активности человека с полидактилией - 1

Тело человека можно сравнить с очень сложным механизмом, состоящим из множества отдельных систем, которые работают слаженно и своевременно для обеспечения жизнедеятельности. Можно сравнить и с программой, состоящей из тысяч строк кода, каждая из которых выполняет определенные функции. Но, и программисты не дадут мне соврать, в коде часто бывают ошибки или неточности. Одни приводят к неработоспособности программы или отдельной ее функции, другие становятся неожиданной фичей, дополняющей программу.

Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, в котором ученые решили детально рассмотреть моторику и нейромеханику человека, в программе которого имеется лишняя строка кода — полноценный шестой палец на каждой руке. Можно ли считать такое отклонение функционально полезным, есть ли у таких людей преимущества в моторике, и какие идеи в области протезирования возникли у исследователей? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Основа исследования

Прежде всего стоит коротенько рассмотреть что есть полидактилия. Как мы уже поняли, этот термин обозначает наличие у человека или животного (чаще у собак и котов) дополнительных пальцев на руках и/или ногах. Это анатомическое отклонение является наследственным. Примерно 2% новорожденных деток появляются на свет с лишним пальцем, 10% из них имеют лишний палец именно на верхней конечности. Ученые выяснили, что полидактилия начинает активно развиваться в течение 4 недель развития эмбриона, когда происходит активный рост конечностей. Основным источником полидактилии являются генетические мутации. На данный момент насчитано порядка 39 таких мутаций, связанных с формированием лишних пальцев. Также существует множество синдромов нарушения опорно-двигательного аппарата, в симптоматику которых входит полидактилия.

Не баг, а фича: исследование моторики и мозговой активности человека с полидактилией - 2

Упрощенная классификация полидактилии насчитывает 3 основные категории в зависимости от расположения лишнего пальца:

  • радиальная (преаксиальная): удвоение сегментов первого пальца;
  • центральная: удвоение второго-четвертого пальцев;
  • ульнарная (постаксиальная): удвоение пятого пальца.

Помимо расположения полидактилия также делится на категории по структуре добавочного пальца/пальцев:

  • полидактилия 1 типа: добавочные пальцы являются рудиментарными и состоят из кожи исключительно;
  • полидактилия 2 типа: добавочные пальцы являются ответвлением основных;
  • полидактилия 3 типа: добавочные пальцы являются полноценными (костная структура, нервы, суставы, кровоток, кожа и т.д.).

В рассматриваемом нами сегодня исследовании принимали участие 2 человека (17-летний парень и его 52-летняя мама), у которых полидактилия именно третьего типа (по 6 полноценных пальцев на обеих руках).

Ученые поставили перед собой ряд вопросов, на которые ранее никто особо не старался найти ответы: насколько хорошо мозг [1] человека может справляться с дополнительными пальцами; работает ли дополнительный палец с мышцами и нервами основных или полноценно использует собственные; насколько независим дополнительный палец; как тело обладателя 6-ого пальца реагирует на его активность и есть ли дополнительная польза от 6-ого пальца? Вопросов много, ответов пока нет вообще, но ненадолго.

Демонстрация рук парня 17 лет, который принял участие в исследовании.

Забегая вперед, можно с уверенностью заявить, что мозг [1] и нервная система в целом отлично справляются с управлением конечностями, имеющими по 6 пальцев. Кроме того, эти дополнительные пальцы позволяют своим владельцам выполнять определенные задачи одной рукой, когда человеку с 5-ю пальцами нужны две, и двумя, когда человеку с 5-ю пальцами нужны уже три руки. Другими словами, наша нервная система очень умна, уж простите за грубое утрирование. Наш мозг [1] может управлять лишними пальцами не прилагая особых усилий, а это наталкивает ученых на мысли о протезах, дополняющих полноценные конечности. Звучит это очень футуристично и даже немного странно, но у ученых есть ряд вещественных доказательств как способностей мозга [1], так и преимуществ дополнительных пальцев.

Результаты исследования

Не баг, а фича: исследование моторики и мозговой активности человека с полидактилией - 3
Изображение №1: дополнительный палец у молодого человека находится между большим и указательным пальцами.

В первую очередь исследователи решили выяснить какие мышцы и нервы участвуют в моторике 6-ого пальца.

Как мы видим на снимке правой руки, у большого пальца 2 фаланги, у остальных пяти — по три фаланги (, 1b). Также видно, что анатомия четырех пальцев (указательный, средний, безымянный и мизинец) участника исследования аналогична анатомии человека без полидактилии. Сосудистая и нервная структуры большого пальца участника такие же, как у человека без полидактилии.

Отличия имеются в суставах большого пальца. Запястно-пястный сустав большого пальца имеет шарообразный вид (1d) с тремя степенями свободы, включая кручение, в то время как в обычном случае запястно-пястный сустав большого пальца представляет собой седло, которое не допускает кручения. Дополнительный палец (далее ДП) имеет седлообразный сустав (1e), два внешних сухожилия сгибателей и один внутренний разгибательный аппарат (1c) и дополнительные пальцевые нервы.

Суммируя, эта рука, обладающая шестью пальцами, управляется большим числом мышц и нервов, чем рука с пятью пальцами. То есть у дополнительного пальца имеются «выделенные» мышцы и нервы, и он не использует соседние основные пальцы для моторики.

Не баг, а фича: исследование моторики и мозговой активности человека с полидактилией - 4
Изображение №2

Далее исследователи провели анализ биомеханических характеристик пальцев с использованием специального устройства, позволяющего оценить силу нажатия того или иного пальца ().

Проведения теста силы пальцев.

Тесты показали, что сила всех пальцев у участников с 6-ю и 5-ю пальцами практически идентична (2b). На графиках показано сравнение силы пальцев человека с 6-ю пальцами и человека с пятью пальцами. Помимо общей силы и силы отдельных пальцев ученые проанализировали такой показатель как взаимозависимость, когда один палец действует под руководством другого (попробуйте согнуть только безымянный палец, и посмотрите какие еще пальцы начнут немного сгибаться). Этот тест позволил оценить степень независимости дополнительного пальца (2d). Анализ показал практически полную независимость, однако была обнаружена небольшая кооперация дополнительного и большого пальцев. Другие же пальцы обладали той же зависимостью, что и у людей с пятью пальцами.

Демонстрация независимости дополнительного пальца.

После этих тестов было проведено МРТ исследование моторной коры головного мозга [1] (участник теста постукивал определенным пальцем) для определения активности определенных участков при активности того или иного пальца.

Сравнение активности моторной коры показало, что активность дополнительного пальца в первичных сенсомоторных кортикальных слоях отличается от всех других пальцев и даже большого (2e). Таким образом было доказано, что моторикой ДП управляет выделенная область двигательной коры.

Следующий тест был еще любопытнее. Одна рука была закрыта градуированной сеткой. Испытуемые должны были в ответ на тактильный сигнал (прикосновение к спрятанной руке) указать на второй руке соответствующие точки прикосновения. Этот тест можно легко повторить в домашних условиях: спрячьте одну руку (например, левую) и пусть кто-то карандашом или ручкой легонько дотронется до кончика указательного пальца или любой другой точки, а вы должны, глядя на правую руку, сказать, где было касание. Такой тест позволяет определить насколько ментально человек осознает и представляет свое тело и его части.

На изображении 2f видно, что испытуемые полностью осознают все свои пальцы и воспринимают положение дополнительного пальца между большим и указательным.

Также исследователи провели более практические тесты, в которых участники должны были взаимодействовать с различными предметами или выполнять какие-то обычные действия. Таким образом можно было выяснить степень преимуществ или недостатков наличия дополнительного пальца.

Проверка моторики правой руки с шестью пальцами №1.

Проверка моторики правой руки с шестью пальцами №2.

Была использована точная система захвата движения для записи движений дистальных и проксимальных фаланг каждого пальца. Были обнаружены те же взаимозависимости между движениями пальцев (), что и в предыдущем биомеханическом тесте, предполагая, что подвижность и независимость ДП не уменьшаются во время манипуляции.

Не баг, а фича: исследование моторики и мозговой активности человека с полидактилией - 5
Изображение №3

Взаимозависимости между движениями пальцев сильно коррелировали между пятипалыми и шестипалыми руками для всех пальцев, кроме дополнительного. То есть дополнительный палец является абсолютно индивидуальным и самостоятельным.

Исследование кинематической синергии пальцев показало, что движения шестипалых рук обладают большей степенью свободы, чем у пятипалых рук (3b, 3c). Эти результаты были подтверждены теоретико-информационным анализом с учетом нелинейных соотношений (3d). Получается, что максимальная энтропия (вариативность) движений руки с шестью пальцами значительно выше, чем с пятью пальцами.

Также ученые отмечают, что дополнительный палец во время тестов перемещался в координации с большим и указательным пальцами вместе, а не с каждым из них по отдельности, или сам по себе (3e).

Из этих наблюдений следует вывод, что независимость дополнительного пальца это не замена указательному или большому, а проявление уникальной модели движения. Другими словами, эти тесты еще раз подтвердили полноценность моторики дополнительного пальца. Кроме того, дополнительным подтверждением этого утверждения также является и скорость моторики (3f) шестипалой руки, которая не уступала скорости руки с пятью пальцами.

Напоследок ученые решили поиграть в Guitar Hero, точнее в нечто подобное. Участники должны были нажимать на клавиши одним пальцем (каждому пальцу соответствовала отдельная клавиша), когда красный прямоугольник попадает в белое поле (3g). Скорость движения прямоугольников постепенно увеличивалась с каждым уровнем «игры». Время одного уровня составляло 2 минуты. После успешного завершения одного уровня начинался следующий, но более сложный.

Тест с клавишами.

Самым любопытным является подготовка к этому тесту: в течение 5 дней участники практиковались, используя одну правую руку (все 6 пальцев) или правую руку (5 пальцев) + 1 палец левой руки (3h).

В результате успешность прохождения уровней в обоих вариантах (1 рука / 6 пальцев и 2 руки / 5 + 1) была идентична, что доказывает, по словам ученых, фактическое преимущество 6 пальцев.

Обычные будничные дела (завязывание шнурков, набор текста и немного видео-игр) в исполнении парня с полидактилией.

Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых [2] и дополнительные материалы [3] к нему.

Эпилог

Данное исследование может показаться немного несерьезным, однако оно отвечает на ряд вопросов, которые ранее никто не хотел задавать. Во-первых, теперь мы точно знаем, что наш мозг [1] способен вполне успешно справляться с моторикой дополнительных конечностей, которых не должно быть. Во-вторых, некоторые анатомические аномалии могут иметь дополнительные преимущества. В-третьих, играть в Mortal Kombat с 17-летним участником исследования я бы не стал.

Конечно, результаты этого труда не говорят о том, что все анатомические аномалии могут обладать положительными сторонами, и от них нельзя избавляться на самых ранних этапах проявления. Многие люди, у которых была выявлена полидактилия, расстались с ней еще в младенчестве. И это правильное решение. При этом нельзя осуждать желание ученых понять принципы работы мозга [1] и моторику рук людей, у которых дополнительные пальцы относятся к полидактилии третьего типа, то есть полностью сформированные и полноценные пальцы.

Сами исследователи очень воодушевленно говорят о своем труде и утверждают, что его результаты могут сподвигнуть научное сообщество к началу разработки дополняющих протезов, которые будут использоваться не как замена отсутствующей конечности, а как дополнительная. Что-то подобное уже было в фильме «Человек-паук 2» (2004), не правда ли. Остается надеяться, что дополнительные конечности не сведут с ума своего обладателя, и тот не начнет проводить смертельно опасные эксперименты с тритием.

В любом случае, мы можем сойтись в одном — неважно какие у человека есть физические недостатки, он остается человеком.

Пятничный офф-топ:

Небольшой сюжет BBC про семью, все члены которой обладают шестью пальцами на каждой руке. И это никак не мешает им быть счастливой, дружной и очень позитивно настроенной семьей.

Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, ребята! :)

Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас оформив заказ или порекомендовав знакомым, 30% скидка для пользователей Хабра на уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер? [4] (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).

Dell R730xd в 2 раза дешевле? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 [5] в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки? [6]

Автор: Dmytro_Kikot

Источник [7]


Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru

Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/nauchno-populyarnoe/320155

Ссылки в тексте:

[1] мозг: http://www.braintools.ru

[2] доклад ученых: https://www.nature.com/articles/s41467-019-10306-w.pdf

[3] дополнительные материалы: https://static-content.springer.com/esm/art%3A10.1038%2Fs41467-019-10306-w/MediaObjects/41467_2019_10306_MOESM8_ESM.pdf

[4] Вся правда о VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps от $20 или как правильно делить сервер?: https://habr.com/company/ua-hosting/blog/347386/

[5] 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199: https://ua-hosting.company/serversnl

[6] Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?: https://habr.com/company/ua-hosting/blog/329618/

[7] Источник: https://habr.com/ru/post/455032/?utm_campaign=455032&utm_source=habrahabr&utm_medium=rss