在棒球比賽中，一次投球只需 400 毫秒即可到達(dá)盤子。典型的反應(yīng)時(shí)間為 200 毫秒，揮桿時(shí)間約為 150 毫秒，擊球手必須僅根據(jù)球飛行的前 10% 到 20% 來決定是否揮桿以及如何揮桿。在這一點(diǎn)上，球場(chǎng)的速度和軌跡仍然存在很多不確定性。然而，美國(guó)職業(yè)棒球大聯(lián)盟的擊球手仍然能夠在大約 25% 的時(shí)間內(nèi)擊球——如果是泰德威廉姆斯或托尼格溫處于巔峰狀態(tài)，則為 40%。
擊球手和其他運(yùn)動(dòng)員如何處理這些不確定的信息長(zhǎng)期以來一直讓科學(xué)家著迷。
“人類完全可以做到這一點(diǎn)是一項(xiàng)了不起的壯舉，”哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 (SEAS) 的研究生 Laith Alhussein 說。
這些壯舉背后的機(jī)制是 Alhussein 和海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院戈登麥凱生物工程教授莫里斯史密斯的新研究的中心。該研究最近發(fā)表在eLife雜志上。
該研究解決了一個(gè)長(zhǎng)期存在的問題，即當(dāng)最終目標(biāo)存在不確定性時(shí)，大腦如何選擇要執(zhí)行的動(dòng)作，為神經(jīng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃提供了基本的見解。
“在現(xiàn)實(shí)世界中，我們經(jīng)常與可能以不可預(yù)測(cè)的方式迅速變化的動(dòng)態(tài)環(huán)境互動(dòng)，因此了解我們馴服這種不確定性的機(jī)制對(duì)于理解大腦用來選擇和計(jì)劃我們的行動(dòng)的機(jī)制至關(guān)重要實(shí)時(shí)，”史密斯說。
先前對(duì)不確定期間運(yùn)動(dòng)計(jì)劃的研究表明，大腦并行地為所有潛在目標(biāo)做準(zhǔn)備，并平均運(yùn)動(dòng)計(jì)劃以產(chǎn)生中間運(yùn)動(dòng)，隨著額外信息的出現(xiàn)，該中間運(yùn)動(dòng)會(huì)得到改進(jìn)。如果是這種情況，擊球手的大腦會(huì)平均擊球區(qū)域內(nèi)所有可能的擊球位置，并根據(jù)這個(gè)平均值產(chǎn)生揮桿，然后隨著擊球距離越來越近和揮桿展開而稍微調(diào)整它。
但這真的是大腦在做的事情嗎?
Alhussein 說：“雖然中間運(yùn)動(dòng)被廣泛觀察到，但它們可以反映關(guān)于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)單個(gè)最佳動(dòng)作選擇的神經(jīng)決定，因?yàn)榇嬖谑Ｓ嗟牟淮_定性。”“在我們的研究中，我們使用一項(xiàng)新穎的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地分離了這些可能性，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)面臨不確定性時(shí)，人類會(huì)生成一個(gè)單一的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃來優(yōu)化任務(wù)表現(xiàn)，而不是平均潛在的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃。”
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