ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2015, том 41, № 5, с. 98-107
УДК 612.062
ВЛИЯНИЕ СЛАБОГО ТАКТИЛЬНОГО КОНТАКТА РУКИ НА ПОДДЕРЖАНИЕ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОЗЫ В УСЛОВИЯХ ДЕСТАБИЛИЗАЦИИ ЗРИТЕЛЬНОГО ОКРУЖЕНИЯ
© 2015 г. Г. В. Кожина, Ю. С. Левик, Б. Н. Сметанин
Институт проблем передачи информации им. А. А. Харкевича РАН, Москва E-mail: boris_smetanin@hotmail.com Поступила в редакцию 19.03.2015 г.
Исследовали влияние слабого контакта кончика указательного пальца с неподвижным внешним объектом на поддержание вертикальной позы здоровых испытуемых при их "погружении" в нестабильную виртуальную зрительную среду. В этих условиях испытуемые видели на экране зрительную сцену, состоявшую из двух планов. Передний план представлял собой окно комнаты с прилегающими к нему стенами, а второй задний — акведук с прилегающей местностью. Дестабилизация виртуального зрительного окружения достигалась путем установления синфазной или противофазной связи между положением переднего плана зрительной сцены и колебаниями тела. Анализ поддержания позы был сфокусирован на оценке амплитудно-частотных характеристик двух элементарных переменных, вычислявшихся из траекторий центра давления стоп (ЦДС) в фронтальном и сагиттальном направлении: траектории проекции центра тяжести на опору (переменная центра тяжести — ЦТ) и разницы между траекториями ЦДС и ЦТ (переменная ЦДС—ЦТ). Как при обычном стоянии, так и при позе с тактильным контактом руки RMS спектров колебаний обеих переменных были наименьшими при неподвижном зрительном окружении и при противофазной связи переднего плана с колебаниями тела, и наибольшими при синфазной связи и стоянии с закрытыми глазами. В условиях контакта пальца руки с неподвижным внешним объектом колебания тела значительно уменьшались в обоих направлениях, при этом влияние разных зрительных условий на RMS спектров обеих переменных уменьшалось. Уменьшение RMS спектров при контакте руки было более существенным для переменной ЦТ. Наряду с уменьшением величины колебаний тела, происходило изменение их частоты. Влияние тактильного контакта на частоту спектров было выявлено для обеих переменных. В условиях тактильного контакта медианные частоты (MF) спектров переменной ЦДС—ЦТ, вычисленные из колебаний тела в сагиттальном и во фронтальном направлении, увеличивались. В отличие от этого, увеличение медианных частот спектров переменной ЦТ было выявлено только при анализе колебаний тела во фронтальной плоскости, но не для колебаний тела в сагиттальном направлении. Полученные результаты показывают, что слабый тактильный контакт, не создающий дополнительной механической опоры, существенно улучшает поддержание позы, в том числе и в условиях дестабилизации зрительного окружения. Улучшение стояния достигается за счет разнонаправленных и независимых друг от друга влияний на амплитудные и частотные характеристики элементарных переменных (ЦТ и ЦДС—ЦТ) процесса поддержания вертикальной позы.
Ключевые слова: вертикальная поза, тактильный контакт, зрительная дестабилизация, виртуальная зрительная среда.
Б01: 10.7868/80131164615050070
Основная задача, стоящая перед системой управления вертикальной позой человека, сводится к тому, чтобы горизонтальные смещения центра тяжести (ЦТ) тела не выходили за пределы опорного контура. Эта задача представляется довольно сложной для нейрональных механизмов, участвующих в таком управлении. Сложность состоит в том, что тело человека представляет собой перевернутый многозвенный маятник. Тем не менее, ЦНС человека успешно решает эту задачу, используя сложные сенсорно-моторные преобра-
зования, которые непрерывно интегрируют различные сенсорные входы и координируют многочисленные двигательные команды [1]. В результате, при спокойном стоянии достигается устойчивое положение тела, при котором горизонтальные смещения проекции ЦТ описывают площадь, величина которой значительно меньше площади опорного контура стоп.
Однако спокойное стояние на твердой поверхности можно существенно улучшить, если слегка
(с давлением около 0.5—0.9 N) касаться пальцем руки какого-либо неподвижного предмета [2—5]. Следует отметить, что такая сила контакта находится в центре диапазона максимальной чувствительности механорецепторов, присутствующих в коже кончика пальца [6]. Предполагается, что существенное уменьшение колебаний тела при минимально возможной силе касания пальца не может быть следствием механической поддержки, оказываемой самим контактом [7], а связано с вовлечением в позный контроль информации об ориентации руки и строится на использовании обратной связи, формируемой сигналами от тактильных рецепторов кончика пальца [2, 3].
Примечательно, что слабый контакт указательного пальца с неподвижной поверхностью способен значительно стабилизировать позу у больных с нарушением функции вестибулярного аппарата [8], болезнью Паркинсона [9], а также у слепых людей [10]. Он также помогает преодолевать дестабилизирующее вертикальную позу влияние вибрации мышц голени [11] и двуглавой мышцы руки [2] у здоровых людей. Следует отметить, что дополнительная стимуляция тактильных рецепторов, в частности, с помощью слабой вибрации кончика пальца, приводит к повышению их чувствительности и, как следствие, к усилению стабилизирующего влияния тактильного контакта на позу [3, 12].
Несмотря на наличие большого количества работ, посвященных постуральным эффектам слабого тактильного контакта, остается мало изученным его влияние на устойчивость вертикальной позы в условиях нарушения стабильности зрительно воспринимаемого внешнего окружения. Между тем, случаи дестабилизации позы, спровоцированные зрительными сигналами, не являются в повседневной жизни редкими. В частности, при целом ряде неврологических заболеваний (прежде всего, в случаях вестибулярных расстройств), а иногда и у здоровых людей может возникать зрительно вызванное головокружение, сопровождаемое пространственной дезориентацией, тревожностью и постуральной неустойчивостью [13—16]. Показано также, что примерно треть людей подвержены зрительно обусловленной боязни высоты (visual height intolerance), при которой не только больные, но и здоровые субъекты могут испытывать головокружение и нарушение равновесия [17—19].
Целью настоящего исследования было выяснение того, в какой мере у стоящего человека пространственная дезориентация и ее двигательные проявления, вызванные дестабилизацией зрительного окружения, могут быть подавлены слабым тактильным контактом пальца руки с внешним объектом. Для создания пространственной дезориентации была применена мето-
Рис. 1. Схема эксперимента. Испытуемый стоит на платформе стабилографа (1) с опущенными вниз руками. В половине тестовых проб руки висят свободно, в остальных пробах указательный палец правой руки касается силоизмерительной пластины (2), прикрепленной к неподвижной стойке (3).
дика манипулирования зрительным окружением с помощью "погружения" испытуемых в виртуальную зрительную среду (ВЗС), нестабильность которой создавалась путем ее привязки к колебаниям тела [20, 21]. Такая привязка позволяла устанавливать либо синфазную, либо противофазную связь (СС и ПС) между колебаниями тела и видимой 3-ё сцены, и тем самым, дестабилизировать вертикальную позу и существенно затруднять функционирование специфических механизмов зрительного контроля за ней.
МЕТОДИКА
В исследовании приняли участие 13 практически здоровых испытуемых — восемь мужчин (средний возраст 47.6 ± 5.3 года) и шесть женщин (43.0 ± 5.2 года), не имевших зрительной патологии и не переносивших ранее каких-либо неврологических заболеваний. Все они были предварительно информированы о содержании и процедуре экспериментов и дали письменное согласие на участие в них. В ходе тестирования испытуемые поддерживали удобную вертикальную позу, стоя на квадратной платформе стабилографа (40 х х 40 см, Стабилоплатформа-2, КБ НИИИ, г. Балашиха, Россия), с помощью которого регистрировались изменения положения центра давления стоп (ЦДС) на опоре (рис. 1). Руки испытуемых были опущены вдоль тела, стопы находились в удобном положении, при котором пятки были удалены друг от друга на расстояние 6—8 см, а стопы развернуты на угол 20—25 градусов.
Свойства тактильного контакта. Помимо стояния в обычных условиях (нормальное стояние), испытуемые в половине проб поддерживали
позу, слегка касаясь указательным пальцем правой руки конца упругой стальной пластины (условие касания). Пластина имела длину 20 см и прикреплялась другим концом через шарнир с вертикальной осью вращения к горизонтальной поверхности неподвижной стойки (рис. 1). Благодаря такой конструкции, при надавливании пластина не только прогибалась, но и могла смещаться в месте касания кончика пальца в боковом направлении. Это делало невозможным использование ее в качестве дополнительной механической опоры. Рядом с местом крепления в пластину был встроен тензометрический датчик, с помощью которого оценивали вертикальную силу давления пальца на пластину. Тренировочные пробы, которые все испытуемые выполняли до начала тестирования, и измерения в основных пробах показали, что вертикальная сила давления колебалась в пределах 0.4-0.8 N. Латеральные смещения пальца не превышали 2 мм.
Зрительные условия. При поддержании вертикальной позы испытуемые смотрели на экран высотой 1.5 м и шириной 2 м, изготовленный из ткани, не меняющей степень поляризации падающего на нее света (silver screen). На экране с помощью так называемого пассивного способа [22] формировали трехмерное стереоизображение. На экран с двух проекторов (Sharp XR-10X), снабженных поляризационными фильтрами, ориентированными ортогонально относительно друг друга, одновременно проецировали два изображения одной и той же сцены, смещенные относительно друг друга: вид из окна на акведук. Испытуемые и проекторы находились по одну сторону от экрана. В ходе тестирования испытуемые носили очки с поляризационными фильтрами (3DS-GS (Панорама), "Stel — Computer Systems Ltd.", Москва; частота чередований 120 Гц), ориентированными параллельно соответствующим фильтрам проекторов, что обеспечивало трехмерное восприятие ВЗС. П
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.