Хотя очень мало известно о влиянии иммерсивной виртуальной реальности на взрослых, почти нет сведений о влиянии таких систем на сенсомоторные способности маленьких детей.
В 2016 году на Open House EPFL выпускница EPFL Дженифер Мильбрадт продемонстрировала свою настройку виртуальной реальности, позволяющую пользователям пилотировать дроны с помощью своего торса . Пользователи из числа широкой публики были приглашены надеть гарнитуру VR, и движения их туловища позволили бы им перемещаться через серию препятствий в виртуальном ландшафте.
«У взрослых не было проблем с использованием простых движений туловища, чтобы преодолевать виртуальные препятствия, но я заметил, что дети просто не могут этого сделать», – вспоминает Мильбрадт. «Именно тогда Сильвестро попросил меня зайти к нему в офис».
Сильвестро Мицера, заведующий кафедрой трансляционной нейроинженерии Фонда Бертарелли, в то время был руководителем Мильбрадта. Они поняли, что их эксперимент с туловищем в виртуальной реальности может кое-что рассказать о том, как развивается нервная система ребенка, и что ни одно исследование в литературе не оценило влияние гарнитур виртуальной реальности на детей. В сотрудничестве с Итальянским технологическим институтом они приступили к исследованию, которое длилось несколько лет, с участием 80 детей в возрасте от 6 до 10 лет. Результаты опубликованы сегодня в Scientific Reports .
«Это исследование подтверждает потенциал технологий для понимания моторного контроля» , – говорит Мицера.
Развитие координации верхней части тела
У здоровых взрослых людей нет проблем с отключением движений головы от туловища для пилотирования, как если бы они смотрели куда-нибудь во время езды на велосипеде. Это требует сложной интеграции множества сенсорных входов: зрения, поступающего от внутреннего уха для баланса, и проприоцепции, способности тела ощущать движение, действие и местоположение.
У детей координация движений туловища и головы находится в стадии развития, поэтому следует ожидать отличий от взрослых. Но исследование EPFL идет вразрез с онтогенетической моделью, описывающей развитие координации верхней части тела, которая доминировала в течение последних 25 лет, которая предсказывает однонаправленный переход от жесткого контроля к разъединению системы голова-туловище, и что постуральный контроль по существу созревают в 8 лет.
«Модель утверждает, что от освоения ходьбы в возрасте около 1 года до 6-7 лет дети будут контролировать свою верхнюю часть тела в целом с жесткими связями между туловищем, головой и руками. После этого возраста дети постепенно учатся контролировать все их суставы независимо друг от друга, но прибегают к жесткой стратегии в сложных условиях », – продолжает Мильбрадт, который в настоящее время заканчивает постдокторантуру в Университете Лозанны (UNIL). «Вместо этого мы обнаружили, что при использовании виртуальной системы, управляемой движениями тела, младшие дети пытаются двигать головой и телом отдельно, в то время как взрослые используют жесткую стратегию».
Эксперимент: сбор монет на спине орла.
Надев гарнитуру VR и датчик движения на спине, детей просят сыграть в две игры. В обоих экспериментах дети демонстрируют такие же способности к управлению, как и взрослые, при использовании головы, но испытывают трудности с использованием туловища для управления играми, в отличие от взрослых.
В первой игре ребенка просят выровнять свою голову или торс с линией, отображаемой в разных направлениях в виртуальном ландшафте, во время которой измеряется ошибка совмещения и координация головы и туловища. Эксперимент показывает, что детям довольно легко научиться управлять головой. Однако, когда их просят выровнять туловище по виртуальной линии, самые маленькие дети постоянно переоценивают свои движения и пытаются компенсировать разницу, двигая головой.
Вторая игра состоит из сценария полета. В виртуальном мире ребенок кажется сидящим на спине летящего орла. Цель игры – поймать золотые монеты, расположенные вдоль пути. Как и в первой игре, управление траекторией орла осуществляется либо головой, либо туловищем. Опять же, использование головы для управления полетом птицы значительно проще для детей, которые на 80% ближе к целевым монетам по сравнению с условием контроля торса.
Ученые считают, что в среде VR легче управлять головой, потому что желаемая ориентация совпадает с визуальным вводом. С другой стороны, управление туловищем требует от пользователя отделения зрения от фактического управления, что требует сложной координации головы и туловища. Маленькие дети, как правило, больше полагаются на визуальный сигнал, чем на внутреннее ощущение положения тела. Новизна виртуальной реальности, кажется, перегружает мозг ребенка, который уделяет меньше внимания внутренним сигналам.
«Результаты показывают, что иммерсивная виртуальная реальность может нарушить стандартную стратегию координации детей, переназначая различные сенсорные входы – зрение, проприоцепцию и вестибулярные входы – в пользу зрения», – объясняет Мильбрадт. Ученые также обнаружили, что координация между головой и туловищем еще не полностью сформировалась к 10 годам, вместо предполагаемой ранее зрелости к 8 годам.
Отдых и реабилитация с помощью VR
«Виртуальная реальность набирает популярность не только для досуга, но и для терапевтических целей, таких как реабилитация и нейрореабилитация, или лечение фобий или пугающих ситуаций. Разнообразие сценариев, которые можно создать, и игровой аспект, который может быть реализован иным образом. Громоздкие занятия делают эту технологию особенно привлекательной для детей , и мы должны знать, что иммерсивная виртуальная реальность может нарушить стандартную стратегию координации ребенка », – предупреждает Мильбрадт.