Введение
Зрительная система человека — доминирующая среди систем анализаторов у лиц с нормальным зрением; вес зрительной информации при интеграции информации от различных анализаторов максимален [Avraham, 2019]. Предполагается, что функции зрительной системы (получение сведений об объектах окружающего мира и контроль собственных действий) обеспечиваются двумя отдельными, анатомически и функционально различными, потоками зрительного восприятия: вентральным (для восприятия) и дорсальным (для действия) [Goodale, 1992]. По-видимому, оба потока используют информацию о силе тяжести, предоставляемую вестибулярной системой, для суждений о характеристиках (длине и ориентации) направленных отрезков (вертикальный, горизонтальный или наклонный), организующих фрагменты сцены [Clément, 2009] или же являющихся целями движений [Bernard-Espina, 2022].
Нарушения работы вестибулярной системы или же изменения в работе вестибулярной системы, обусловленные изменением внешней среды, влияют на оценку длины как в вентральном, так и в дорсальном потоке. Об их влиянии на вентральный поток свидетельствует то, что сила вертикально-горизонтальной иллюзии, иллюзий Поггендорфа, Золльнера и Геринга уменьшается у пациентов, страдающих отолитическим головокружением [Clément, 2009]. Сила вертикально-горизонтальной иллюзии, иллюзий Мюллер-Лайера, Понзо и Геринга уменьшается в отсутствии гравитации в условиях параболического полета [Villard, 2005]. Согласно некоторым данным, сила вертикально-горизонтальной иллюзии уменьшается в ходе долговременного космического полета [Clément]; отметим, что в работе [Lipshits] не показано влияние долговременного космического полета на эту иллюзию. О влиянии на дорсальный поток свидетельствует то, что в ходе как кратковременного [Lathan, 2000], так и долговременного космического полета [Clément] меняются соотношения длин нарисованных космонавтами горизонтальных и вертикальных отрезков. Предположительно, изменение характера функционирования мультисенсорных вестибулярных ядер [Корнилова, 2008] в ходе «сухой» иммерсии, наземной модели гравитационной разгрузки, ведет к снижению точности амплитуды циклических движений руки [Ляховецкий, 2022] и движений руки по направленным отрезкам [Lyakhovetskii, 2023]. «Сухая» иммерсия также влияет на силу иллюзии Мюллер-Лайера и, в меньшей степени, на силу иллюзии Понзо при выполнении различных сенсомоторных задач — прослеживания центральных отрезков [Соснина, 2018; Соснина, 2021] и их схватывания [Ляховецкий, 2020].
В ходе «сухой» иммерсии снижается точность оценки направления циклических вертикальных движений руки [Ляховецкий, 2022]. Между тем в ходе космического полета по сравнению с наземными условиями, как при зрительной, так и при моторной задаче, сохраняется oblique-эффект преимущества кардинальных ориентаций: направления отрезков, ориентированных вертикально или горизонтально, оцениваются быстрее или точнее, чем для наклонных отрезков [Appelle; McIntyre]. Этот эффект сохраняется и в ходе «сухой» иммерсии [Lyakhovetskii, 2023].
Еще одной, менее распространенной, естественной моделью гравитоинерционного воздействия является волновая качка. Чувство гравитации — важнейшая составляющая оценки размеров объектов, наклона и расстояния; для функционирования чувства гравитации необходима слаженная работа зрительной, проприоцептивной и вестибулярной сенсорных систем. Если в одной из них затруднена обработка сигнала, то другие системы могут это компенсировать, но лишь отчасти. Условия качки — это комплексное воздействие на чувство гравитации, как и космический полет. Низкочастотные колебания воспринимаются вестибулярным аппаратом как внезапные изменения вектора гравитации, не совпадающее с сигналами от других анализаторов [Bertolini, 2016]. Известно, что эффективность выполнения зрительных когнитивных задач при естественной качке [Yu, 2010] и при ее имитации [Duncan] уменьшается. Мы предположили, что влияние качки на моторную оценку стимулов будет подобно влиянию «сухой» иммерсии. Цель данной работы — исследование влияния естественной качки на моторную оценку отрезков, направленных под различным углом к горизонтали, вызывающих oblique-эффект. Измерения в экспериментальной группе проводили на берегу в фоне и собственно при качке в водах Ладожского озера. Измерения в контрольной группе проводили на протяжении двух последовательных дней. Поскольку эти измерения имели некоторую динамику оценки длин отрезков, фоновое измерение экспериментальной группы сравнивали с первым измерением контрольной группы, а измерение при качке сравнивали со вторым измерением контрольной группы.
Методика
Контрольная группа включала 22 испытуемых, 5 мужчин и 17 женщин в возрасте 32 ± 8 лет. В данной работе рассматриваются измерения, проведенные с испытуемыми контрольной группы два дня подряд (День 0 и День 1). Экспериментальная группа включала 6 мужчин в возрасте 46 ± 25 лет. Опыт проводился на берегу (Фон) и на борту яхты (Качка) класса Смарагд (Гданьск, Польша, 1976) в водах Ладожского озера при высоте волны 2,5—5 м, силе ветра 3—10 м/с (3—6 баллов по шкале Бофорта). Все испытуемые не имели опыта плавания на подобном парусном судне. Между тем они не страдали от морской болезни (0—1 балл по шкале тяжести укачивания MISC [Bos, 2015]). Все исследования проведены в соответствии с принципами биомедицинской этики, сформулированными в Хельсинкской декларации 1964 г. и ее последующих обновлениях, и одобрены Этическим комитетом Института психологии РАН (Москва) (Протокол № 2115-13 от 1 июня 2023 г.).
Стимульный материал состоял из отрезков черного цвета, ориентированных под углом –22,5°, 0°, 22,5°, 45°, 67,5°, 90°, 112,5° и 135° к горизонтали. Эти отрезки предъявлялись на белом фоне в случайном порядке в центре поле зрения испытуемого, который сидел на расстоянии 60—80 см перед сенсорным монитором. Было выполнено по 4 пробы для каждой ориентации. Набор ориентаций был подобен используемым в работе [Lipshits, 1999]. Центры отрезков находились в центре поле зрения испытуемого. Отрезки начинались с различных точек для того, чтобы испытуемый не привык к стабильной начальной точки движения руки.
В экспериментах с испытуемыми контрольной группы был использован ноутбук (Acer Spin SP111-34N, Xizhi, Тайвань) с сенсорным экраном с видимой областью 260 x 143 мм (гамма — 2,2, цветовая температура — 6500K, яркость при касании — 250 кд/м2). Размер представленного отрезка составил 5,4 см. Для исследования испытуемых экспериментальной группы был использован ноутбук (HP Pavilion 15-eh1021ur, Hewlett-Packard, Китай) с сенсорным экраном с видимой областью 345 x 194 мм (гамма — 2.2, цветовая температура — 6500K, яркость при касании — 250 кд/м2). Размер представленного отрезка составил 7,2 см. Для обеих групп разрешение экрана составляло 1920 x 1080.
Рис. 1. Схема эксперимента
Задачей испытуемых было воспроизведение длины и направления отрезков. Сначала, на этапе запоминания, испытуемый перемещал указательный палец ведущей руки слева направо (сверху вниз в случае вертикального отрезка) вдоль видимого отрезка. Когда испытуемый отрывал руку от экрана, экспериментатор нажимал кнопку на клавиатуре, отрезок исчезал, а испытуемый немедленно воспроизводил заученные параметры данного отрезка в том же месте на пустом экране (рис. 1). На обоих этапах испытуемый видел как экран монитора, так и собственную руку, выполняющую движение. Эксперимент проводился без обратной связи — испытуемый не был информирован о точности выполнения задания.
На сенсорном экране определялись координаты начальной и конечной точек движения руки. По этим координатам рассчитывалась длина отрезка, проведенного испытуемым, как евклидово расстояние между начальной и конечной точками движения руки, а также определялось направление отрезка. Ошибку оценки длины отрезка определяли как разницу между длиной отрезка, определенной испытуемым, и заданной длиной отрезка; ошибка оценки направления отрезка — как разницу между направлением отрезка, определенным испытуемым, и заданным направлением отрезка.
На уровне 0,05 с помощью критерия Уилкоксона оценивали достоверность отличий между условиями «Фон» и «Качка» для испытуемых экспериментальной группы, а также достоверность отличий оценок длины от нуля; с помощью критерия Манна—Уитни оценивали достоверность отличий между парами условий «Фон—День 0», «Качка—День 1» для испытуемых экспериментальной и контрольной групп. Данные представлены как Среднее ± Стандартное отклонение. Анализ проведен с помощью программного обеспечения для статистической обработки данных Prism 9.0 (GraphPad Software, LaJolla, CA, USA).
Результаты
Детальное описание результатов контрольной группы приведено в работе Lyakhovetskii V. и др. [Lyakhovetskii, 2023]. Здесь мы ограничимся описанием тех ее особенностей, которые важны для понимания результатов, полученных на экспериментальной группе.
Рис. 2. Оценка длины отрезков испытуемыми экспериментальной группы в фоне и во время волновой качки при запоминании и воспроизведении: «*» — достоверные отличия по отношению к фону; «#» — достоверные отличия по отношению к измерению Д1 контрольной группы; «*, #» — p < 0,05; «##» — p < 0,01; «###» — p < 0,001. Среднее ± Стандартное отклонение
На рис. 2 представлена ошибка оценки длины испытуемыми экспериментальной группы при запоминании и воспроизведении. При запоминании обе группы переоценивали длину отрезков, в среднем эта переоценка составляла 0,46 ± 0,28 см (W(6) = 0,03; p < 0,05) для экспериментальной группы. Для контрольной группы эта переоценка не зависела от дня измерения. Для экспериментальной группы переоценка длины в фоне для всех ориентаций отрезка не отличалась от значений контрольной группы. При качке переоценка длины отрезка увеличивалась, как по сравнению с фоном (для отрезков, ориентированных под углом –22,5°: 0,30 ± 0,36 см против 0,91 ± 0,35 см; под углом 112,5°: 0,10 ± 0,28 см против 0,64 ± 0,28 см; под углом 135°: 0,18 ± 0,41 см против 0,71 ± 0,64 см; все W(6) = 21, p < 0,05), так и по сравнению со вторым измерением (Д1) в контрольной группе (для отрезков, ориентированных под углом –22,5°: 0,34 ± 0,30 см против 0,91 ± 0,35 см, U(6, 22) = 11, p < 0,001; вертикального отрезка: 0,30 ± 0,38 см против 0,67 ± 0,35 см, U(6, 22) = 26, p < 0,05; под углом 112,5°: 0,26 ± 0,23 см против 0,64 ± 0,28 см, U(6, 22) = 17, p < 0,01).
При воспроизведении контрольная группа также, как и при запоминании, переоценивала длину отрезков. Для экспериментальной группы наблюдалась тенденция того же направления: 0,66 ± 0,60 см (W(6) = 19, p = 0,06). Для контрольной группы переоценка длины росла только для вертикального отрезка: 0,09 ± 0,41 см против 0,32 ± 0,45 см, W(22) = 181, p < 0,01. Для экспериментальной группы переоценка длины в фоне для всех ориентаций отрезка не отличалась от значений контрольной группы. При качке переоценка длины отрезка увеличивалась по сравнению с фоном в несколько большей степени, чем при запоминании: для отрезков семи из восьми исследуемых ориентаций (для отрезков, ориентированных под углом –22,5°: 0,51 ± 0,79 см против 1,44 ± 0,83 см; горизонтального отрезка: 0,44 ± 0,61 см против 1,25 ± 0,80 см; под углом 22,5°: 0,35 ± 0,59 см против 1,08 ± 0,74 см; под углом 67,5°: 0,19 ± 0,44 см против 0,98 ± 0,68 см; вертикального отрезка: 0,11 ± 0,61 см против 0,66 ± 0,70 см; под углом 112,5°: 0,23 ± 0,59 см против 0,61 ± 0,62 см; под углом 135°: 0,42 ± 0,68 см против 1,09 ± 0,81 см; все W(6) = 21, p < 0,05). Аналогично задаче запоминания наблюдалось увеличение переоценки по сравнению со вторым измерением (Д1) в контрольной группе (для отрезков, ориентированных под углом –22,5°: 0,47 ± 0,47 см против 1,44 ± 0,83 см, U(6, 22) = 21, p < 0,01; горизонтального отрезка: 0,44 ± 0,52 см против 1,24 ± 0,80 см, U(6, 22) = 22, p < 0,05; под углом 67,5°: 0,35 ± 0,56 см против 0,98 ± 0,68 см, U(6, 22) = 30, p < 0,05).
Рис. 3. Ошибка оценки направления испытуемыми экспериментальной группы в фоне и во время волновой качки при запоминании и воспроизведении: «#» — достоверные отличия по отношению к измерению Д1 контрольной группы; «#» — p < 0,05. Среднее ± Стандартное отклонение
На рис. 3 представлена ошибка оценки направления отрезков испытуемыми экспериментальной группы при запоминании и воспроизведении. При запоминании ошибка оценки направления отрезка для экспериментальной группы была невелика и не обладала выраженной динамикой. Для экспериментальной группы и в фоне, и при качке ошибка оценки направления в фоне для всех ориентаций отрезка не отличалась от значений контрольной группы. При воспроизведении в экспериментальной группе, как и ранее в контрольной группе, наблюдалось кардинальное смещение (cardinal bias, [Smyrnis]). Испытуемые экспериментальной группы недооценивали угол отрезков, направленных под углом –22,5° и 67,5° (–4,20 ± 1,22°, W(6) = 21, p < 0,05). Отрезки этих направлений «отталкивались» от кардинальных осей и «притягивались» к направлениям –45° и 45° соответственно. Аналогично, испытуемые экспериментальной группы переоценивали угол отрезков, направленных под углом 22,5° и 112,5° (4,14 ± 1,65°, W(6) = 21, p < 0,05). Отрезки этих направлений «отталкивались» от кардинальных осей и «притягивались» к направлениям 45° и -45° соответственно, Для экспериментальной группы оценка направлений в фоне для всех ориентаций отрезка не отличалась от значений контрольной группы. При качке испытуемые экспериментальной группы оценивали вертикальные отрезки точнее, чем испытуемые контрольной группы в Д1 (1,73± 1,13° против –0,24± 2,32°, U(6, 22) = 24, p < 0,05).
Обсуждение и выводы
Ограничением нашего исследования является небольшое количество испытуемых в экспериментальной группе. Тем не менее, непараметрические критерии свидетельствуют о статистической значимости полученных результатов. Все испытуемые экспериментальной группы были мужчинами, между тем как контрольную группу составляли и мужчины, и женщины. Известно, однако, что сила вертикально-горизонтальной иллюзии [Baroun, 2005; Brosvic, 2002] и оценки направления отрезков [Brabyn, 1979; Shaqiri, 2018] не зависят от пола испытуемых. Полагаем, это свидетельствует о том, что эффекты восприятия длины и направления отрезков не зависят от пола испытуемых и сравнение испытуемых контрольной и экспериментальной правомерно.
В экспериментальной группе наблюдается паттерн ответов, качественно подобный полученному нами прежде в условиях «сухой» иммерсии. Как и в контрольной группе, отрезки, направленные под углом, «отталкиваются» от кардинальных осей при воспроизведении, причем качка не влияет на точность оценки направления отрезков. Как и в контрольной группе, испытуемые и при запоминании, и при воспроизведении переоценивают длину воспроизводимых отрезков, причем эта степень переоценки увеличивается при качке.
Таким образом, при качке, как и в «сухой» иммерсии, сохраняется моторный oblique-эффект [Baud-Bovy, 2004; Pantes, 2009; Smyrnis], подобный по своим характеристикам хорошо известному зрительному oblique-эффекту: направление отрезков, расположенных горизонтально или вертикально, оценивается точнее, чем отрезков, расположенных иным образом, причем для таких отрезков наблюдаются искажения в оценке по направлению от горизонтали или вертикали [Wei X.-X, 2017].
Этап запоминания при подготовке исследования рассматривался нами в первую очередь как «пробный», для оценки степени мотивированности испытуемых, их готовности к выполнению задания. Между тем паттерн ошибок на этапе запоминания подобен паттерну ошибок на этапе воспроизведения, хотя, конечно же, эти ошибки и меньше по абсолютному значению. Ошибки моторной оценки в условиях полной зрительной обратной связи наблюдались нами и прежде при прослеживании центральных отрезков изображений, содержащих иллюзии Понзо и Мюллер-Лайера, в «сухой» иммерсии [Соснина, 2018; Соснина, 2021]. В некоторых работах в условиях полного видения эффекта влияния стимульного материала на моторную оценку получить не удалось [Nakanishi, 2019]. Однако показано, что в подобных условиях иллюзии Понзо и Джадда влияют на выполнение моторной бисекции отрезка, хотя в меньшей степени, чем при вербальной оценке [Ellis, 1999]. Аналогично, обрамление центральных отрезков иллюзии Мюллер-Лайера влияет на точность моторного прослеживания этих отрезков и при открытых глазах испытуемого, хотя в меньшей степени, чем в условиях частичной зрительной обратной связи [Gentilucci]. Известно также, что в условиях полного видения размер окружностей, обрамляющих центральную из них, в иллюзии Эббингауза влияет на скорость прослеживающих движений руки [van Donkelaar, 1999].
В моторных задачах, в которых при воспроизведении меняется положение начальной точки движения, в зависимости от инструкции возможна как переоценка, так и недооценка амплитуды движения [Imanaka]. Между тем, если начальная точка движения остается неизменной, то при небольших углах эксцентриситета (в центре поля зрения), по-видимому, более вероятна переоценка амплитуды движения [Baud-Bovy, 2004; Pantes, 2009; Prablanc, 1979]. Переоценка амплитуды присутствует и при выполнении иных сенсомоторных задач — при выполнении циклических движений руки заданной амплитуды [Ляховецкий, 2022] или же при выполнении движений к видимым целям после адаптации к задержке зрительной обратной связи [Avraham, 2019]. Отметим, что в настоящей работе, как и в работе [Pantes, 2009] использовались движения одной амплитуды. В исследованиях, использующих движения различной амплитуды, возможен эффект центрирования, т.е. короткие движения могут переоцениваться, а длинные — недооцениваться [Crawford, 2000].
Два обширных класса гипотез предполагают позиционное (кодируются координаты точки) или векторное (кодируется направление и амплитуда движения) внутреннее представление цели движения [Kim, 2021]. Анализ распределения ошибок — один из способов изучить используемое внутреннее представление [Hudson, 2012]. Если испытуемый использует заданную схему кодирования, кодируемые параметры могут стать более точными во время обучения [van der Graaff, 2017]. Продолжительная, тем более многодневная, тренировка при выполнении моторных задач — редкая экспериментальная парадигма, в которой иными авторами исследований моторного oblique-эффекта не проводилось. Между тем исследования в других условиях показывают, что оценка длины более подвержена ошибкам и более волатильна по сравнению с оценкой направления, что, по-видимому, указывает на векторное кодирование целей движения. Известно, что при указывающих движениях руки в случае отсутствия зрительной обратной связи недооценка амплитуды движений сменяется переоценкой, при этом оценка направления движения остается неизменной [Vindras, 1998]. Адаптация к изменению соотношения между расстоянием, которое проходит курсор на экране, и амплитудой движения руки происходит быстрее и полнее, чем адаптация к изменению угла между направлениями движения руки и движения курсора [Krakauer]. Интересно отметить, что зрительный oblique-эффект уменьшается, но не исчезает после многодневной тренировки; тренировка восприятия отдельных направлений не переносится как на другие направления, так и на другие локусы зрительного поля [Tschopp-Junker, 2010].
В работе [Pantes, 2009] было показано, что величина моторного oblique-эффекта одинакова у детских групп, начиная с 6—7 лет, и у взрослых, в то время как степень переоценки воспроизводимых отрезков зависит от возраста. Таким образом, аналогично [Pantes, 2009], мы можем предположить, что результаты настоящей работы свидетельствуют в пользу векторного кодирования цели движения, причем амплитуда и направление движения кодируются раздельно [Ляховецкий, 2009; Gordon, 1994]. Гравитоинерционное воздействие волновой качки на вестибулярный аппарат действует подобно гравитационной разгрузке, нарушая зрительно-моторную координацию [Bernard-Espina, 2022]. Такие нарушения могут быть выражены уже на уровне нейронных сетей базальных ганглий. С одной стороны, вестибулярная система значительно взаимодействует с сетями управления движениями базальных ганглий [Smith, 2022], с другой — от тяжести болезни Паркинсона зависит степень переоценки амплитуды, но не направления, движения [Desmurget, 2003].


