Поддержание вертикальной позы человека при нарушении стабильности зрительно воспринимаемого окружения: влияние инструкции, направленной на контроль колебаний тела

Abstract

Исследовали поддержание вертикальной позы в условиях погружения человека в виртуальную трехмерную зрительную среду (ВЗС). ВЗС состояла из двух планов: передний представлял собой окно комнаты, а задний – фрагмент городского пейзажа за окном. Компьютерная программа позволяла связывать колебания тела в сагиттальной плоскости со смещениями переднего плана ВЗС, делая последний подвижным. В ходе тестирования такая связь могла быть как противофазной (ПФ-), так и синфазной (СФ-); задний план всегда оставался неподвижным. Каждый эксперимент включал в себя две части. В первой из них испытуемым не сообщали о том, что в отдельных пробах колебания тела будут связаны со смещениями зрительной среды, и предлагали смотреть на какой-либо объект неподвижного заднего плана. Во второй части испытуемым заранее сообщали, что такая связь будет присутствовать, и предлагали минимизировать колебания тела в сагиттальной плоскости, отслеживая смещения переднего плана относительно какого-либо заранее выбранного объекта на ее заднем плане. Пробы со связью колебаний тела и ВЗС перемежали пробами со стоянием при полностью неподвижном зрительном окружении (НЗО) и пробами со стоянием при закрытых глазах (ЗГ). Вклад зрительного контроля в поддержание позы оценивали по изменениям амплитудно-частотных характеристик двух переменных – смещений вертикальной проекции центра тяжести тела (ЦТ) и разности между положением центра давления стоп (ЦДС) и проекцией ЦТ. Изменения проекции ЦТ рассматривали как основную контролируемую переменную при поддержании позы, а ЦДС–ЦТ – как переменную, которая содержит в себе информацию об изменениях результирующей мышечно-суставной жесткости в голеностопных суставах, связанной с активностью мышц голеней. Анализ осцилляций ЦТ и ЦДС–ЦТ выявил четкую зависимость их спектров от направления связи между смещениями тела и колебаниями переднего плана и от инструкции, полученной испытуемыми. В первой группе тестов при СФ-связи среднеквадратические значения (RMS) спектров колебаний обеих переменных находились в том же диапазоне, что и при стоянии с ЗГ, а при ПФ-связи были ближе к зоне значений, характерных для условий НЗО. Во второй группе тестов RMS спектров, вычисленные для обеих переменных, были количественно иными: в случае ПФ-связи колебаний тела и переднего плана они были меньше значений, выявленных в условиях стояния с НЗО, а в случае СФ-связи – меньше значений, характерных для стояния с ЗГ. Введение инструкции во второй группе тестов отражалось и в изменениях параметров переменной ЦДС–ЦТ. В частности, при ПФ-связи RMS спектров колебаний этой переменной несколько уменьшались, а их медианная частота существенно увеличивалась. Полученные данные позволяют полагать, что улучшение стабильности стояния после введения инструкции, уточняющей зрительный контроль и акцентирующей его на одном направлении колебаний тела, является результатом более активного использования зрительной обратной связи в условиях восприятия нестабильного переднего плана ВЗС. Это следует рассматривать как одно из доказательств эффективного участия зрения в позном контроле при нарушении стабильности внешнего окружения.

Досліджували підтримування вертикальної пози в умовах занурення людини у віртуальне тривимірне зорове середовище (ВЗС). ВЗС складалось із двох планів: передній являв собою вікно кімнати, а задній – фрагмент пейзажу за вікном. Комп’ютерна програма дозволяла пов’язувати коливання тіла в сагітальній площині з переднім планом ВЗС, що робило його рухливим. У перебігу тестування такий зв’язок міг бути як протифазним (ПФ-), так і синфазним (СФ-); задній план завжди залишався нерухомим. Кожний експеримент включав в себе дві частини. У першій з них при проведенні проб випробуваних не сповіщали про те, що в окремих пробах коливання тіла будуть пов’язані зі зрушеннями зорового середовища, і пропонували їм дивитися на будь-який об’єкт нерухомого заднього плану. У другій частині випробуваних заздалегідь повідомляли про наявність такого зв’язку і пропонували їм мінімізувати коливання тіла в сагітальній площині, відслідковуючи зміщення переднього плану щодо будь-якого заздалегідь обраного об’єкта на її задньому плані. Проби із зв’язком коливань тіла та ВЗС чергували з пробами зі стоянням при цілком нерухомому зоровому оточенні (НЗО) та пробами зі стоянням при заплющених очах (ЗО). Внесок зорового контролю в підтримування пози оцінювали за змінами амлітудно-частотних характеристик елементарних змінних, які обчислювали згідно з траєкторією переміщень центра тиснення стоп (ЦТС). Цими змінними була вертикальна проекція центра ваги тіла (ЦВ) і різниця між ЦТС і вертикальною проекцією ЦВ. Зміни проекції ЦВ розглядали як основну контрольовану змінну, котра вміщувала інформацію про зміни результуючої м’язово-суглобової жорсткості в гомілковостопних суглобах, пов’язаної з активністю м’язів гомілок. Аналогічним чином аналізували проби, отримані в разі стояння в умовах НЗО та ЗО. Аналіз змінних ЦВ і ЦТС–ЦВ виявив чітку залежність їх спектрів коливань від напрямку зв’язку між зміщеннями тіла та коливаннями переднього плану і від інструкції, отриманої випробуваними. У першій групі тестів при СФ-зв’язку середньоквадратичні значення (RMS) спектрів коливань обох змінних знаходились у тому ж самому діапазоні, що й при стоянні із ЗО, а при ПФ-зв’язку були ближчими до зони значень, характерних для умов НЗО. У другій групі тестів RMS спектрів, обчислені для обох змінних, були кількісно іншими: у разі ПФ-зв’язку коливань тіла та переднього плану вони були менше значень, виявлених в умовах стояння з НЗО, а в разі СФ-зв’язку – менше значень, характерних для стояння із ЗО. Уведення інструкції в другій групі тестів відображувалось і в змінах параметрів змінної ЦТС–ЦВ. Зокрема, при ПФ-зв’язку RMS спектрів коливань цієї змінної дещо змінювались, а їх медіанна частота істотно збільшувалася. Отримані дані дозволяють вважати, що покращення стабільності стояння після введення інструкції, уточнюючої зоровий контроль та акцентуючої його на одному напрямку коливань тіла, є результатом більш активного використання зорового зворотного зв’язку в умовах сприйняття нестабільного переднього плану ВЗС. Це, очевидно, слугує доказом ефективної участі зору в позному контролі при порушенні стабільності зовнішнього оточення.