我們的大腦如何預測快速物體的發展方向

我們的大腦如何預測快速物體的發展方向
圖片來源: Flickr的

新的研究可以解釋為什麼有些類似體育明星的人會比其他人更快地預測並對快速移動的物體作出反應。

當塞雷娜威廉姆斯回歸閃電般快速的網球發球時 - 我們大多數人都驚嘆於她的技巧和速度。 考慮到人類大腦為實現這一目標而克服的東西,這些壯舉簡直就是奇蹟。

當我們觀看移動物體(例如蒼蠅)時,我們會在現在體驗它。 但是大腦如何處理來自眼睛的圖像的延遲意味著我們對視覺事件的認識滯後於它們的發生。

“當蒼蠅等物體不可預測地移動,我們仍然會推斷它們的位置時,我們最終會在它們從未到過的地方看到它們。”

因此,為了能夠拍打蒼蠅或抓住移動的球,大腦已經開發出一種克服這種滯後的方法。 這意味著我們不知道這種延遲,並且可以非常有效地與快速移動的物體相互作用。

研究人員調查了這一現象,發現人們眼睛向目標移動的延遲預示著他們感知目標的位置,有些人比其他人做得更好。

墨爾本大學心理科學學院的高級研究員Hinze Hogendoorn表示,大腦將確定目標接下來要做什麼。

“很酷的事情是,大腦顯然'知道'眼球運動需要多長時間,用它來計算發送眼球運動的方向,並使用相同的信號來告知對象的位置首先,“Hogendoorn解釋說。


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“因此,這是直觀概念的逆轉,即我們將眼球移動到我們看到目標的地方。 相反,眼球運動 我們要做 確定我們在哪裡看到我們正在進行眼球運動的目標,“他說。

“當蒼蠅等物體不可預測地移動,我們仍然會推斷它們的位置時,我們最終會在它們從未到過的地方看到它們。”

'預測現在'

這篇論文出現在 神經科學雜誌,觀察神經系統中的傳輸延遲,由於大腦依賴於過時的信息來確定其位置,這對於精確定位移動物體構成了挑戰。

作者寫道:“目前有效行動要求大腦不僅要補償感覺信息傳輸和處理過程中丟失的時間,還要補償準備和執行運動程序所需的預期時間。” “如果不考慮這些延遲,將導致移動物體的錯誤定位和錯誤定位。”

該研究的參與者必須用計算機鼠標指示移動的環形目標的感知位置。 黑色和白色部分繼續移動,但逐漸變為均勻的深灰色。

“作為從感知到行動的整個系統,你需要知道延遲將持續多長時間。”

研究人員要求觀察者在目標完全變灰後立即開始移動鼠標。

研究人員發現,視覺系統利用即將到來的快速眼動的空間和時間特徵來定位視覺對象的動作和感知。

“這種違反直覺的發現很重要,因為它不僅表明運動外推機制有助於減少人腦中神經傳遞延遲的行為影響,而且這些機制在感知和動眼神經系統中是緊密匹配的 - 這些是相互關聯的區域。中樞神經系統相互作用以控制各種眼球運動,“Hogendoorn說。

“一種解釋是,大腦通過預測克服了自身的延遲。 通過使用它所了解的物體如何在世界中移動,大腦可以提前工作以補償已知的延遲,從根本上預測現在,“他解釋說

外推專家

在視覺運動中,可以基於先前的樣本外推移動物體的未來位置。 該團隊最近證明,這些神經機制確實減少了大腦代表移動物體位置的滯後。

“快速移動的球,如果大腦不能彌補處理延遲,你會錯過,因為它的未來位置可以根據其過去的軌跡提供足夠的信息而被推斷,”Hogendoorn說。

“準確地捕捉移動的球還需要大腦補償,不僅是因為處理傳入的視覺信息所固有的延遲,而且還因為計劃和執行手和手臂運動所引起的額外延遲,”他解釋說。 。

“目前有效運作需要一種預測機制,能夠準確計算傳感和處理傳感信息所損失的時間,”Hogendoorn說。 “除了準備下一個電機程序,傳輸相關電機指令,實際移動相應的效應器時將會丟失的預期時間 - 所有這些都需要大約半秒鐘。”

“在那個時候,一個快速的板球或網球將移動超過十米。 一個人可以擊中它或抓住它 - 這真是太神奇了。“

“從感知到行動”

Hogendoorn表示,研究結果與先前的研究結果一致,並通過顯示運動外推機制與平滑和快速的眼球運動相關聯。

至於精英運動員,他說他們可以擁有比其他人更快,更準確地處理所有這些信息的固有能力,或者通過實踐來發展它。 或者兩者都有。

“人們能夠做到這一點的事實意味著他們非常擅長推斷和預測事物將在何時何地,”Hogendoorn說。

“作為從感知到行動的整個系統,你需要知道延遲將持續多長時間。”

所以,即使你可能不是世界級的運動員,下次你試圖接球時,你仍然可以驚嘆自己大腦的絕對計算能力。

資源: 墨爾本大學

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