Bodily Self-Perception During Vestibular Galvanic Stimulation in Virtual Reality: A Replication and Extension of Karnath et al. (2019)

Om de wereld te navigeren, moeten onze hersenen constant een mentale kaart van ons eigen lichaam opbouwen. We moeten weten waar onze armen eindigen en waar onze benen beginnen, niet alleen om tegen dingen aan te botsen, maar om onze plaats in de ruimte te begrijpen. Dit interne gevoel van zelf berust op een complex team van sensoren. We gebruiken onze ogen om onze vorm te zien, en we gebruiken speciale sensoren in onze spieren en gewrichten om onze positie te voelen. Maar er is een derde, vaak over het hoofd geziene teamgenoot: het vestibulaire systeem. Dit systeem, dat diep in het binnenoor is gelegen, fungeert als de ingebouwde gyroscoop van het lichaam en detecteert hoofdbewegingen en oriëntatie ten opzichte van de zwaartekracht. Hoewel we weten dat dit systeem essentieel is voor het evenwicht, hebben wetenschappers zich lang afgevraagd of het ook helpt bepalen hoe groot onze lichaamsdelen aanvoelen. Draagt het binnenoor bij aan het gevoel dat onze arm een bepaalde lengte heeft, of is dat puur een taak voor onze ogen en spieren?

Een recente studie probeerde deze verbinding te testen door het binnenoor te proberen te misleiden en te kijken of de hersenen van mening zouden veranderen over de lichaamsgrootte. De onderzoekers richtten zich op een techniek genaamd galvanische vestibulaire stimulatie, waarbij kleine elektroden achter de oren worden geplaatst om een zeer zwakke elektrische stroom door de huid te sturen. Deze stroom verstoort de signalen die het binnenoor naar de hersenen stuurt op een milde manier, waardoor een sensatie van beweging of kanteling ontstaat, zelfs wanneer de persoon volkomen stilzit. In een eerder experiment hadden wetenschappers deze methode gebruikt in een virtual reality-omgeving en hadden zij vastgesteld dat de stimulatie de perceptie van de lengte van de armen niet veranderde, hoewel ze wel een opmerkelijk verschil merkten tussen de linker- en rechterkant van het lichaam. De nieuwe studie had tot doel dat werk te herhalen met een grotere groep mensen, waarbij krachtigere stromen en verschillende soorten elektrische signalen werden gebruikt om te zien of een sterkere duw tegen het binnenoor eindelijk een verandering in de lichaamsperceptie zou teweegbrengen.

Twintig gezonde vrijwilligers namen deel aan het experiment, zittend in een achteroverleunbare stoel terwijl ze een hoogwaardige virtual reality-headset droegen. In de headset zagen zij een digitale versie van zichzelf, een avatar die werd aangepast aan hun werkelijke lengte en armlengte. De taak was simpel maar precies: de onderzoekers zouden de virtuele arm iets langer of korter maken dan de echte arm van de persoon, en de deelnemer moest aangeven of deze te lang of te kort aanvoelde. De onderzoekers pasten vervolgens de virtuele arm aan totdat de deelnemer het gevoel had dat deze overeenkwam met de eigen arm. Dit proces werd vele malen herhaald onder verschillende omstandigheden. Soms ontvingen de deelnemers helemaal geen elektrische stroom, wat diende als een nulmeting. Op andere momenten ontvingen zij een constante, directe elektrische stroom, of een stroom die snel heen en weer klapte, op twee verschillende intensiteitsniveaus. Het doel was om te zien of de elektrische stimulatie de virtuele arm het gevoel zou geven dat deze langer of korter moest zijn om overeen te komen met hun interne gevoel van het lichaam.

De resultaten waren duidelijk en consistent. Ongeacht hoe sterk de elektrische stroom was, of deze nu constant was of snel heen en weer klapte, de deelnemers veranderden hun perceptie van de armlengte niet. De virtuele arm die "precies goed" voelde, bleef dezelfde grootte behouden, of het binnenoor nu werd gestimuleerd of niet. De studie zocht ook naar een specifiek patroon dat in het eerdere onderzoek werd gevonden, waarbij mensen de lengte van hun rechterarm de neiging hadden sterker te overschatten dan die van hun linkerarm. Deze keer trad dat patroon niet op; de linker- en rechterarmen werden met gelijke nauwkeurigheid waargenomen. Hoewel de elektrische stimulatie bij sommige deelnemers een mild gevoel van duizeligheid of een sensatie veroorzaakte dat hun hoofd of lichaam bewoog, vertaalden deze fysieke gevoelens zich niet in een verandering in hoe groot zij dachten dat hun armen waren.

De onderzoekers concludeerden dat het binnenoor, althans in deze opstelling, niet direct lijkt bij te dragen aan het bepalen van de waargenomen grootte van onze ledematen. Zelfs toen het vestibulaire systeem actief in verwarring werd gebracht door sterke elektrische signalen, vertrouwden de hersenen op andere informatie, waarschijnlijk visuele aanwijzingen en het geheugen van hoe het lichaam gewoonlijk aanvoelt, om de grootte te beoordelen. De studie suggereert dat de invloed van het binnenoor op het lichaamsbeeld veel kleiner kan zijn dan voorheen gedacht, of dat het gemakkelijk wordt overstemd door de andere zintuigen van de hersenen bij gezonde mensen. Hoewel het experiment niet de dramatische verschuiving in lichaamsperceptie vond die sommige theorieën voorspelden, bood het een solide, gedetailleerde blik op hoe de hersenen met tegenstrijdige signalen omgaan. Het toonde aan dat wanneer het binnenoor een vals bericht over beweging stuurt, de hersenen de kaart van het lichaam niet noodzakelijkerwijs herschrijven, waardoor ons gevoel van onze eigen omvang stabiel blijft, zelfs wanneer ons gevoel van beweging onrustig is.