我们的大脑如何预测快速物体的发展方向

我们的大脑如何预测快速物体的发展方向
图片来源: Flickr的

新的研究可以解释为什么有些类似于体育明星的人会比其他人更快地预测并对快速移动的物体作出反应。

当塞雷娜威廉姆斯回归闪电般快速的网球发球时 - 我们大多数人都惊叹于她的技巧和速度。 考虑到人类大脑为实现这一目标而克服的是什么,这些壮举简直就是奇迹。

当我们观看移动物体(例如苍蝇)时,我们会在现在体验它。 但是大脑如何处理来自眼睛的图像的延迟意味着我们对视觉事件的认识滞后于它们的发生。

“当苍蝇等物体不可预测地移动,我们仍在推断它们的位置时,我们最终会在它们从未到过的地方看到它们。”

因此,为了能够拍打苍蝇或抓住移动的球,大脑已经开发出一种克服这种滞后的方法。 这意味着我们不知道这种延迟,并且可以非常有效地与快速移动的物体相互作用。

研究人员调查了这一现象,发现人们眼睛向目标移动的延迟预测了他们感知目标的位置,有些人比其他人做得更好。

墨尔本大学心理科学学院的高级研究员Hinze Hogendoorn表示,大脑将确定目标接下来要做什么。

“很酷的是,大脑显然'知道'眼球运动需要多长时间,用它来计算发送眼球运动的方向,并使用相同的信号来告知对象的位置首先,“Hogendoorn解释说。


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“所以,这是直观概念的逆转,我们将眼球移动到我们看到目标的地方。 相反,眼球运动 我们要做 确定我们在哪里看到我们正在进行眼球运动的目标,“他说。

“当苍蝇等物体不可预测地移动,我们仍在推断它们的位置时,我们最终会在它们从未到过的地方看到它们。”

'预测现在'

这篇论文出现在 神经科学杂志,观察神经系统中的传输延迟,由于大脑依赖过时的信息来确定其位置,因此对于精确定位移动物体提出了挑战。

作者写道:“目前有效的行动要求大脑不仅要补偿感觉信息传输和处理过程中丢失的时间,还要补偿准备和执行运动程序所需的预期时间。” “如果不考虑这些延迟,将导致移动物体的错误定位和错误定位。”

该研究的参与者必须用计算机鼠标指示移动的环形目标的感知位置。 黑色和白色部分继续移动,但逐渐变为均匀的深灰色。

“作为一个从感知到行动的整个系统,你需要知道延迟将持续多长时间。”

研究人员要求观察者在目标完全变灰后立即开始移动鼠标。

研究人员发现,视觉系统利用即将到来的快速眼动的空间和时间特征来定位视觉对象的动作和感知。

“这种违反直觉的发现非常重要,因为它不仅表明运动外推机制能够减少人类大脑中神经传递延迟的行为影响,而且还表明这些机制在感知和动眼神经系统中是紧密匹配的 - 这些是相互关联的区域。中枢神经系统相互作用以控制各种眼球运动,“Hogendoorn说。

“一种解释是,大脑通过预测克服了自身的延迟。 通过使用它对物体如何在世界中移动的知识,大脑可以提前工作以补偿已知的延迟,从根本上预测现在,“他解释说

外推专家

在视觉运动中,可以基于先前的样本外推移动物体的未来位置。 该团队最近证明,这些神经机制确实减少了大脑代表移动物体位置的滞后。

“快速移动的球,如果大脑不能弥补处理延迟,你会错过,因为它的未来位置可以根据其过去的轨迹提供足够的信息而被推断,”Hogendoorn说。

“准确地捕捉移动的球还需要大脑补偿,不仅是因为处理传入的视觉信息所固有的延迟,而且还因为计划和执行手和手臂运动而产生的额外延迟,”他解释说。 。

“目前有效运作需要一种预测机制,能够准确计算传感和处理传感信息所损失的时间,”Hogendoorn说。 “除了准备下一个电机程序,传输相关电机命令,实际移动相应的效应器时将会丢失的预期时间 - 所有这些都需要大约半秒钟。”

“在那个时候,一个快速的板球或网球将移动超过十米。 一个人可以击中它或抓住它 - 这非常了不起。“

“从感知到行动”

Hogendoorn表示,研究结果与先前的研究结果一致,并通过显示运动外推机制与平滑和快速的眼球运动相关联。

至于精英运动员,他说他们可以拥有比其他人更快,更准确地处理所有这些信息的固有能力,或者通过实践来发展它。 或者两者都有。

“人们能够做到这一点的事实意味着他们非常善于推断和预测事物将在何时何地,”Hogendoorn说。

“作为一个从感知到行动的整个系统,你需要知道延迟将持续多长时间。”

所以,即使你可能不是世界级的运动员,下次你试图接球时,你仍然可以惊叹自己大脑的绝对计算能力。

来源: 墨尔本大学

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