研究揭示了大脑如何跟踪运动中的物体

接住一个弹跳的球或用球拍击球需要估计球何时到达。神经科学家们一直认为，大脑是通过计算移动物体的速度来实现这一点的。然而，麻省理工学院的一项新研究表明，大脑的运作方式更为复杂。

新发现表明除了跟踪速度，大脑纳入了关于的信息有节奏的模式一个物体的运动:例如，一个球完成一次弹跳所需的时间。在他们的新研究中，研究人员发现，当人们获得关于移动物体的速度和节奏模式的时间信息时，他们会做出更准确的估计。

“当他们有两种类型的信息时，人们真的很擅长，”罗伯特A.斯旺森职业发展教授生命科学和麻省理工学院大脑研究所的麻省理工学院麦戈尔恩研究所成员。“这就像从多种感官的输入。当我们使用多种感官时，我们对世界的统计知识是我们对世界的互动。”

Jazayeri是这项研究的资深作者，该研究发表在国家科学院的诉讼程序3月5日那周。这篇论文的第一作者是麻省理工学院的研究生张佳容。

运动的物体

我们处理的关于周围物体移动的很多信息来自于对物体的视觉跟踪。我们的大脑可以利用物体的速度和距离来计算它何时会到达某一点。Jazayeri研究大脑如何计时，他对我们看到的很多动作也有节奏元素(比如球的弹跳)这一事实很感兴趣。

“我们曾经询问过，大脑如何不使用这些信息？这似乎是非常奇怪的，如果所有这一额外的时间结构都不是我们评估我们周围的东西的一部分以及如何Jazayeri说，事情会发生。

大脑使用多个输入源有许多其他感官处理任务。例如，为了解释语言，我们使用我们听到的声音和扬声器嘴唇的运动，如果我们能看到它们。当我们触摸对象时，我们根据我们所看到的两者估计其大小以及我们的手指所觉得的尺寸。

在感知的情况下对象与速度相比，弄清有节奏的节奏所起的作用可能比较困难。“我可以让别人完成任务，但我怎么知道他们是在使用速度还是时间，如果两者都是随时可用的呢?”Jazayeri的话说道。

为了克服这个问题，研究人员设计了一个任务，在这个任务中，他们可以控制有多少时间信息是可用的。他们测量了人类志愿者在执行任务时的表现。

在这项任务中，研究参与者观看一个球在直线上移动。在移动了一段距离后，球跑到了障碍物后面，所以参与者就看不到它了。他们被要求在他们预期的球再次出现的时间点按下一个按钮。

根据球在越过障碍物前的可见路径大小，表现会有很大的不同。如果参与者看到球在消失前移动了很短的距离，他们就做得不好。随着消失前的距离变长，他们能够更好地计算出球的速度，因此他们的表现有所提高，但最终稳定下来。

在该高原之后，当消失前的距离增长之前，表现出现显着跳跃，直到它与障碍物的宽度完全相同。在这种情况下，当消失之前看到的路径等于球在障碍物后面行驶的路径时，参与者急剧提高，因为他们知道在障碍物后面花在障碍物的时间相同。

当到达障碍物的距离大于障碍物的宽度时，性能再次下降。

Jazayeri说:“拥有这些额外的信息非常重要，当我们拥有这些信息时，我们就会使用它们。”“时间结构是如此重要，当你失去它时，即使是以获得更好的视觉为代价信息人们的表现会变差。”

整合信息

研究人员还测试了几种计算机模型的大脑如何执行这项任务，发现可以准确地复制其实验结果的唯一模型是大脑测量两个不同区域中的速度和时序，然后结合它们。

之前的研究表明，大脑在大脑皮层的运动前区进行时间估计，这一区域在计划运动中起作用;速度，通常需要视觉输入，在视觉皮层计算。Jazayeri说，大脑中负责空间注意力和空间跟踪物体的部分可能会结合输入信息，这发生在顶叶皮层。

在未来的研究中，Jazayeri希望测量培训的动物的大脑活动，以执行人类受试者在这项研究中的同一任务。这可能会在这个处理发生的地方揭示进一步的光线，并且也可以揭示发生了什么脑当它做出错误的估计时。

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