Zet gewoon een vizier op, beweeg je armen, draai je polsen en accepteer een paar minuten iets heel absurds: er verschijnen twee grote gevederde vleugels op de plaats van je bovenste ledematen. In eerste instantie lijken ze een spel, een goed gemaakte videogamefantasie. Dan gebeurt er iets interessanters. Na een paar dagen virtual reality-training beginnen de hersenen anders op die vleugels te reageren, dichter bij hoe ze reageren op echte armen. Een studie gepubliceerd in Celrapportenwaarin 25 vrijwilligers een virtueel vluchtprogramma ondergingen, ontworpen door onderzoekers van Peking University en Beijing Normal University.
Het experiment kwam voort uit een bijna kinderachtig idee, in de beste zin van het woord: proberen te begrijpen wat er zou gebeuren als iemand zou kunnen vliegen zonder vliegtuig, zonder motor, zonder dat er een echte prothese aan het lichaam hangt. Yanchao Bi, een cognitief neurowetenschapper aan de Universiteit van Peking, had erover gesproken met Kunlin Wei, die leiding geeft aan het Motor Control Lab aan dezelfde universiteit. Van daaruit kreeg het project vorm met de bijdrage van onder meer Yiyang Cai en Ziyi Xiong: het bouwen van virtual reality-training waarin menselijke armen werden vervangen door vleugels en observeren of de hersenen bereid waren, althans een beetje, deze serieus te nemen.
Het lichaam voor de spiegel
Deelnemers droegen VR-headsets en bewegingssensoren. Voor hen zagen ze in een virtuele spiegel een lichaam met grote vleugels in plaats van armen. Elke echte beweging van de bovenste ledematen werd in realtime vertaald in het klapperen van de vleugels: de armen gingen open, de polsen draaiden, de digitale veren reageerden. Een kleine technologische poppenkast natuurlijk, maar gebouwd met regels die precies genoeg zijn om het lichaam te dwingen iets te leren.
De training duurde vier sessies verspreid over zeven dagen. Elke bijeenkomst omvatte een korte gewenningsfase en ongeveer 25 minuten aan vliegtaken: binnenkomende ballen afbuigen, hoogte behouden, ringen oversteken die in de virtuele omgeving hangen. De software bevatte ook een vereenvoudigd aerodynamisch model. De neerwaartse slag genereerde lift, de opwaartse slag veroorzaakte weerstand. Om op te stijgen moesten de deelnemers tijdens de afdaling hun vleugels uitstrekken en deze tijdens de beklimming samentrekken. Een soort spoedcursus vogels, met minder poëzie en veel meer fMRI.
De gedragsresultaten kwamen snel. Bij de taken van het navigeren door de ringen steeg de gemiddelde score van 44,8% naar 75,2%. Ook het subjectieve gevoel van controle over de vleugels nam toe. Sommige vrijwilligers slaagden erin vrijwel onmiddellijk te ‘vliegen’, anderen hadden drie of vier sessies nodig, maar de verbetering was gedurende het hele proces zichtbaar. Het meest merkwaardige deel bevond zich echter letterlijk in het hoofd.
De vleugels komen op de kaart
@celrapport
Voor en na de training onderwierpen de onderzoekers de deelnemers aan hersenscans terwijl ze naar verschillende beelden keken: vleugels, menselijke ledematen, lichaamsdelen van dieren, voorwerpen. De focus lag op de occipitotemporale cortex, een regio die betrokken is bij de visuele herkenning van menselijke lichamen, ledematen en silhouetten. Na een week virtueel vliegen reageerde dit gebied intenser op beelden van vleugels. Bovenal leken de neurale patronen gerelateerd aan de vleugels aan de rechterkant van de hersenen meer op die geassocieerd met de bovenste ledematen.
Vertaald zonder er sciencefiction van te maken: het brein leek zijn vleugels iets dichter naar het territorium van het lichaam te hebben bewogen. Hij behandelde ze minder als externe objecten en meer als mogelijke actie-instrumenten. Het belangrijke woord hier is ‘mogelijk’. De studie suggereert dat motorische ervaringen in de virtuele realiteit de manier kunnen veranderen waarop de hersenen kunstmatige lichaamsdelen interpreteren, zelfs als die delen geen deel uitmaken van de menselijke evolutionaire geschiedenis. Niemand ontwikkelde een nieuwe anatomie, niemand verliet het laboratorium met het instinct om van het balkon te glijden. Het is beter om het te specificeren, gezien de tijden.
De gegevens worden nog interessanter omdat de verschuiving ook zichtbaar was vóór beelden van vogelvleugels die tijdens de training nooit werden gecontroleerd. De deelnemers leken, na gebruik te hebben gemaakt van de virtuele vleugels, ook andere vleugels te herkennen als potentiële ‘effectoren’, dat wil zeggen delen die in staat zijn op de wereld in te werken, een beetje zoals handen, armen of benen. Kortom, niet alleen verenversieringen. Iets wat hij kan.
De scans lieten ook een sterkere communicatie zien tussen de rechter occipitotemporale cortex en sommige frontopariëtale gebieden, gebieden die betrokken zijn bij bewegingsplanning en het integreren van lichaamssignalen. Deze toename in verbinding kwam naar voren toen deelnemers naar vleugels keken, terwijl dit niet op dezelfde manier naar voren kwam wanneer ze met andere beeldcategorieën werden geconfronteerd. Het is een technisch detail, maar het is veelzeggend: de virtuele ervaring lijkt de visie van de vleugels te hebben gekoppeld aan circuits die meer verband houden met actie.
Het brein blijft voorzichtig
De voorzichtigheid van de auteurs is van fundamenteel belang. De vleugels werden geen echte ledematen in de hersenweergave van de deelnemers. Na de training vertoonden de neurale patronen die verband hielden met vleugels nog steeds overeenkomsten met de patronen die werden geactiveerd door gereedschappen of dierenstaarten. Kortom, de hersenen gooiden niet de deur open en zeiden: ‘Ga alsjeblieft zitten’. Hij sloot de deur op een kier. En dit alleen al is genoeg om de studie opmerkelijk te maken.
De plasticiteit van de hersenen is precies deze aanpassingsmarge: het vermogen van het zenuwstelsel om zichzelf te reorganiseren op basis van ervaring, leren, het herhaaldelijk gebruik van een gebaar of een hulpmiddel. Hier was de ervaring onmogelijk in de fysieke wereld, maar toch coherent in de virtuele wereld. Het lichaam zag vleugels waar het armen verwachtte, het bewoog ze met een tamelijk stabiele verhouding tussen gebaar en gevolg, het leerde ze te gebruiken om een doel te bereiken. Op de lange termijn liet die consistentie sporen na.
Het thema gaat verder dan laboratoriumnieuwsgierigheid. Virtuele realiteit kan lichamen creëren die de menselijke evolutie nooit had verwacht en de hersenen de mogelijkheid geven om er een tijdje in te wonen. Dit kan helpen begrijpen hoe we avatars, rubberen handen, protheses, robotachtige ledematen, kunstmatige zintuigen en andere lichaamsextensies integreren. Als de hersenen twee digitale vleugels kunnen behandelen als iets dat gedeeltelijk in de buurt van een ledemaat ligt, dan is het de moeite waard om je af te vragen hoe goed het zich kan aanpassen aan apparaten die zijn ontworpen om mensen met amputaties, sensorische beperkingen of nieuwe vormen van mens-machine-interactie te helpen.
Bij het onderzoek zijn 25 mensen betrokken, een korte training, een gecontroleerde omgeving en een zeer specifieke taak. Het staat geen fantasieën toe aan mensen die klaar zijn om met welke avatar dan ook te fuseren. Het laat echter één concreet ding zien: het beeld van het lichaam, die stille kaart die ons laat voelen waar we eindigen en waar de rest begint, is hanteerbaarder dan het lijkt.
In de toekomst zullen we waarschijnlijk meer tijd doorbrengen in meeslepende omgevingen, voor werk, spel, revalidatie, training, misschien zelfs voor therapieën die nog niet goed gedefinieerd zijn. Op dat moment zal de vraag niet alleen zijn hoe realistisch virtual reality eruit ziet, hoeveel een headset kost of hoe vloeiend de graphics zijn. De meest ongemakkelijke vraag zal zijn wat de hersenen leren terwijl we alleen maar aan spelen denken. Voorlopig waren vier sessies, een paar ringen in de lucht en twee nepvleugels voldoende. De rest werd gedaan door die eigenwijze oude machine die we in ons hoofd dragen.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
