Капитан школьной теннисной команды и четырехлетний ветеран университетского тенниса в колледже, Аманда Студники годами готовилась к этому моменту.

Все, что ей нужно было делать сейчас, это мыслить по мелочам. Как пинг-понг маленький.

В течение нескольких недель Студницки, аспирант Университета Флориды, обслуживал и сплачивал с десятками игроков на корте для настольного тенниса. Ее противники носили научно-фантастический вид, колпачки электродов стекали с их голов в рюкзаки, когда они играли либо со Студницки, либо с машиной для подачи мячей. Этот образ киборга был жизненно важен для достижения цели Студницкого: понять, как наш мозг реагирует на интенсивные требования высокоскоростного вида спорта, такого как настольный теннис, и какое значение имеет соперник-машина.

Студницки и ее советник Дэниел Феррис обнаружили, что мозг игроков в настольный теннис совершенно по-разному реагирует на противников-людей или машин. Столкнувшись с непостижимостью машины с мячом, мозги игроков напряглись в ожидании следующей подачи. В то время как с очевидными сигналами о том, что противник-человек собирается подать, их нейроны гудели в унисон, казалось бы, уверенные в своем следующем шаге.

Выводы, опубликованные в журнале eNeuro , имеют значение для спортивных тренировок, предполагая, что противники-люди обеспечивают реализм, который нельзя заменить машинами-помощниками. И по мере того, как роботы становятся все более распространенными и сложными, понимание реакции нашего мозга может помочь сделать наших искусственных спутников более естественными.

«Роботы становятся все более распространенными. У вас есть такие компании, как Boston Dynamics, которые создают роботов, которые могут взаимодействовать с людьми, и другие компании, которые создают социально вспомогательных роботов, которые помогают пожилым людям», — сказал Феррис, профессор биомедицинской инженерии в UF. «Люди, взаимодействующие с роботами, будут отличаться от тех, когда они взаимодействуют с другими людьми. Наша долгосрочная цель — попытаться понять, как мозг реагирует на эти различия».

Лаборатория Ферриса долгое время изучала реакцию мозга на визуальные сигналы и двигательные задачи, такие как ходьба и бег. Он хотел перейти к изучению сложных, динамичных действий, когда Студницки с ее теннисным опытом присоединилась к исследовательской группе. Поэтому лаборатория решила, что теннис — идеальный вид спорта для решения этих вопросов. Но негабаритные движения — особенно высокие подачи сверху — оказались препятствием для растущей техники.

«Поэтому мы буквально перешли к настольному теннису и задали все те же вопросы, что и раньше о теннисе», — сказал Феррис. Исследователям все еще нужно было компенсировать меньшие движения настольного тенниса. Поэтому Феррис и Студники удвоили 120 электродов в типичной шапочке для сканирования мозга, причем каждый дополнительный электрод обеспечивал контроль быстрых движений головы во время матча по настольному теннису.

Со всеми этими электродами, сканирующими активность мозга игроков, Студники и Феррис смогли настроиться на область мозга, которая превращает сенсорную информацию в движение. Эта область известна как теменно-затылочная кора.

«Он задействует все ваши чувства — зрительные, вестибулярные, слуховые — и дает информацию о создании вашего двигательного плана. Его много изучали для простых задач, таких как дотягивание и хватание, но все они стационарны», — сказал Студницкий. «Мы хотели понять, как это работает для сложных движений, таких как отслеживание мяча в пространстве и его перехват, и настольный теннис идеально подходил для этого».

Исследователи проанализировали десятки часов игры как против Студницкого, так и против машины с мячом. При игре против другого человека нейроны игроков работали синхронно, как будто все они говорили на одном языке. Напротив, когда игроки столкнулись с машиной для подачи мячей, нейроны в их мозгу не были выровнены друг с другом. В мире нейронауки это отсутствие выравнивания известно как десинхронизация.

«Если у нас есть 100 000 человек на футбольном стадионе, и все они вместе болеют, это похоже на синхронизацию в мозгу, что является признаком того, что мозг расслаблен», — сказал Феррис. «Если у нас есть те же 100 000 человек, но все они разговаривают со своими друзьями, они заняты, но не синхронизированы. Во многих случаях эта десинхронизация является признаком того, что мозг выполняет много вычислений вместо того, чтобы сидеть и бездельничать».

Команда подозревает, что мозг игроков был настолько активен в ожидании роботизированной подачи, потому что машина не дает подсказок о том, что они собираются делать дальше. Ясно то, что наш мозг обрабатывает эти два события совершенно по-разному, что говорит о том, что тренировки с машиной могут не дать такого же опыта, как игра против реального противника.

«Я по-прежнему вижу большую ценность в тренировках на машине», — сказал Студницки. «Но я думаю, что машины будут развиваться в ближайшие 10 или 20 лет, и мы могли бы увидеть более естественное поведение игроков, с которыми можно тренироваться».