Эволюция информации об идентичности объекта в сенсомоторной коре во время захвата

Как мозг понимает, что мы держим

Каждый раз, когда вы берёте кружку в темноте или нащупываете телефон в кармане не глядя, ваш мозг как-то угадывает, что именно вы хватаете. При этом сигналы от руки и предплечья резко меняются в тот момент, когда вы касаетесь объекта. В этом исследовании поставлен простой, но глубокий вопрос: как мозг отслеживает, какой предмет находится в вашей руке, когда вы переходите от движения к нему к реальному удерживанию?

От тянущейся руки к удержанию

Чтобы изучить это, учёные работали с макаками, обученными хватать набор повседневных предметов, различающихся по размеру, форме и ориентации. Роботизированная рука подавала по одному предмету прямо к руке обезьяны, чтобы плечо и рука могли оставаться почти неподвижными. До касания кисть естественно раскрывалась и формировалась под объект; после контакта пальцы сомыкались с достаточной силой, чтобы разорвать магнитное сцепление и удержать предмет. На протяжении всего задания команда регистрировала электрическую активность сотен отдельных нейронов в нескольких областях, которые контролируют движение и осязание руки.

Разные области мозга — разные моменты

Записи велись из четырёх соседних областей вдоль центральной борозды мозга. Одна из них — первичная моторная кора, которая участвует в управлении мышцами. Три другие расположены в первичной сенсорной области: одна в основном получает сигналы от мышц и сухожилий о положениях суставов, другая — от кожи, и третья объединяет оба типа входящих сигналов. До контакта нейроны в моторной и мышечно-чувствующей областях были наиболее активны и уже несли информацию, позволяющую отличить, какой предмет собираются схватить. В то же время области, ориентированные на кожу, были относительно тихими и почти не содержали информации об идентичности предмета в этой фазе «предформирования» кисти.

Что меняется в момент касания

Когда пальцы коснулись предмета, картина неожиданно изменилась. В целом частота спайков во многих областях уменьшилась после контакта, хотя обезьяны продолжали сжимать предметы. Тем не менее объём информации, связанной с конкретным предметом, на самом деле увеличился в кожно-чувствительных областях и в области с комбинированным вводом, и остался сильным в моторной и мышечно-чувствующей коре. Иными словами, меньшее число электрических импульсов передавало более содержательную информацию. Анализы, измерявшие эффективность использования каждым нейроном своей активности, показали, что идентичность объекта консолидацировалась вокруг момента контакта и затем оставалась стабильной, несмотря на снижение общего уровня активности.

Сдвигающиеся коды вместо статичных карт

Ключевое понимание возникло при сравнении того, как образцы активности до и после контакта соотносятся друг с другом. Если бы мозг использовал один и тот же «код» для идентичности объекта на протяжении всего движения, то алгоритм, натренированный распознавать объекты по активности до контакта, должен был бы хорошо работать и после контакта, и наоборот. Вместо этого такие декодеры, приносящие результаты между эпохами, показали плохую работу во всех областях, особенно в кожно-чувствительных и в области с объединёнными входами. Только если декодер обучали на данных из обеих фаз, он мог восстановить единую, хотя и неидеальную, интерпретацию положения кисти и идентичности предмета. Это показывает, что хотя информация о том, что хватают, всегда присутствует, способ её представления в мозговой активности резко меняется, когда рука начинает чувствовать и сжимать предмет.

Почему это важно для рук и машин

Эти результаты рисуют образ сенсомоторной коры как гибкого коммуникационного узла, а не статичной карты. До контакта моторная и мышечно-чувствующая области в основном отражают, как кисть сформирована и движется, позволяя мозгу «угадывать» предмет по позе руки. После контакта области, чувствительные к осязанию, внезапно наполняются информацией о том, какие поверхности кисти нагружены и как предмет давит на кожу, тогда как моторные и мышечно-чувствующие области смешивают сведения о позе с силами, необходимыми для удержания предмета. Для неспециалиста вывод таков: ваш мозг не хранит единую фиксированную «отпечаток» каждого предмета. Вместо этого он постоянно переписывает своё внутреннее описание по мере того, как пальцы сходятся и соприкасаются, так органично переплетая движение и осязание, что вы просто ощущаете наличие твёрдого предмета в руке.

Цитирование: Yan, Y., Sobinov, A.R., Goodman, J.M. et al. Evolution of object identity information in sensorimotor cortex throughout grasp. Nat Commun 17, 2784 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69502-0

Ключевые слова: захват предмета, сенсомоторная кора, кожная чувствительность и проприоцепция, распознавание предмета рукой, нейронное кодирование