Wie unsere Gehirne vorhersagen, wohin schnelle Objekte gehen

Wie unsere Gehirne vorhersagen, wohin schnelle Objekte gehen
Bildnachweis: flickr

Neue Forschungsergebnisse könnten erklären, warum manche Menschen - wie Sportstars - Objekte, die sich schnell bewegen, schneller antizipieren und darauf reagieren als andere.

Wenn Serena Williams einen blitzschnellen Tennis-Aufschlag zurückbringt - wundern sich die meisten von uns über ihre Fähigkeiten und ihr Tempo. Wenn man bedenkt, was das menschliche Gehirn überwindet, um dies möglich zu machen, sind diese Kunststücke nichts weniger als ein Wunder.

Wenn wir ein bewegtes Objekt wie eine Fliege beobachten, erfahren wir es in der Gegenwart. Verzögerungen bei der Verarbeitung des Bildes vom Auge durch das Gehirn führen jedoch dazu, dass unser Bewusstsein für visuelle Ereignisse hinter ihrem Auftreten zurückbleibt.

"Wenn sich Objekte wie Fliegen unvorhersehbar bewegen und wir ihre Standorte immer noch extrapolieren, sehen wir sie an Orten, wo sie nie waren."

Um es also zu ermöglichen, eine Fliege zu schlagen oder einen sich bewegenden Ball zu fangen, hat das Gehirn eine Möglichkeit entwickelt, diese Verzögerung zu überwinden. Dies bedeutet, dass wir uns dieser Verzögerung nicht bewusst sind und sogar mit sich schnell bewegenden Objekten äußerst effizient interagieren können.

Die Forscher untersuchten dieses Phänomen und fanden heraus, dass die Verzögerung, mit der Menschen Augenbewegungen zu einem Ziel machen, vorhersagt, wo sie das Ziel wahrnehmen, und manche Menschen tun dies besser als andere.

Hinze Hogendoorn, Senior Research Fellow an der School of Psychological Science der Universität Melbourne, sagt, dass das Gehirn dann ausarbeitet, was das Ziel als nächstes tun wird.

"Das Coole dabei ist, dass das Gehirn scheinbar" weiß ", wie lange die Augenbewegung dauert, um daraus zu berechnen, in welche Richtung die Augenbewegung gesendet wird, und verwendet dasselbe Signal, um dem Bewusstsein zu vermitteln, wo sich das Objekt befindet an erster Stelle ", erklärt Hogendoorn.


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"Es ist also eine Umkehrung der intuitiven Vorstellung, dass wir Augenbewegungen zu dem Ort machen, an dem wir das Ziel sehen. Stattdessen die Augenbewegung, die Wir werden machen bestimmt, wo wir das Ziel sehen, zu dem wir die Augenbewegung machen ", sagt er.

"Wenn sich Objekte wie Fliegen unvorhersehbar bewegen und wir ihre Standorte immer noch extrapolieren, sehen wir sie an Orten, wo sie nie waren."

"Die Gegenwart vorhersagen"

Das Papier, das in der erscheint Journal of Neuroscience, befasst sich mit Übertragungsverzögerungen im Nervensystem, die Herausforderungen für die Lokalisierung bewegter Objekte darstellen, da das Gehirn auf veraltete Informationen angewiesen ist, um ihre Position zu bestimmen.

"In der Gegenwart effektiv zu handeln, erfordert, dass das Gehirn nicht nur die verlorene Zeit bei der Übertragung und Verarbeitung sensorischer Informationen kompensiert, sondern auch die erwartete Zeit, die für die Vorbereitung und Durchführung von motorischen Programmen aufgewendet wird", schreiben die Autoren. "Wenn diese Verzögerungen nicht berücksichtigt werden, werden bewegte Objekte falsch lokalisiert und falsch ausgerichtet."

Teilnehmer an der Studie mussten die wahrgenommene Position eines sich bewegenden ringförmigen Ziels mit einer Computermaus angeben. Schwarz-Weiß-Segmente bewegten sich weiter, änderten sich jedoch allmählich in ein einheitliches Dunkelgrau.

"Als ein ganzes System von der Wahrnehmung bis zur Aktion müssen Sie wissen, wie lange die Verzögerung auf dem Weg sein wird."

Die Forscher forderten die Beobachter auf, die Maus zu bewegen, sobald das Ziel vollständig grau war.

Die Forscher fanden heraus, dass das visuelle System die räumlichen und zeitlichen Eigenschaften einer bevorstehenden schnellen Augenbewegung nutzt, um visuelle Objekte für Aktion und Wahrnehmung zu lokalisieren.

"Dieser nicht intuitive Befund ist wichtig, weil er nicht nur zeigt, dass Bewegungsextrapolationsmechanismen die Auswirkungen neuraler Übertragungsverzögerungen auf das Verhalten im menschlichen Gehirn reduzieren, sondern auch, dass diese Mechanismen in den perzeptuellen und okulomotorischen Systemen eng aufeinander abgestimmt sind das zentrale Nervensystem, die interagieren, um verschiedene Augenbewegungen zu kontrollieren ", sagt Hogendoorn.

"Eine Erklärung ist, dass das Gehirn seine eigenen Verzögerungen durch Vorhersage überwindet. Indem es nutzt, was es weiß, wie sich Objekte in der Welt bewegen, kann das Gehirn nach vorne arbeiten, um bekannte Verzögerungen zu kompensieren und die Gegenwart im Wesentlichen vorauszusagen ", erklärt er

Extrapolationsexperten

Bei visueller Bewegung kann die zukünftige Position eines sich bewegenden Objekts basierend auf vorherigen Proben extrapoliert werden. Das Team hat kürzlich gezeigt, dass diese neuronalen Mechanismen tatsächlich die Verzögerung reduzieren, mit der das Gehirn die Position eines sich bewegenden Objekts darstellt.

"Ein sich schnell bewegender Ball, den Sie verpassen würden, wenn das Gehirn Verzögerungen bei der Verarbeitung nicht ausgleicht, kann aufgefangen werden, da sein zukünftiger Standort extrapoliert werden kann, wenn genügend Informationen über seine vergangene Flugbahn vorliegen", sagt Hogendoorn.

"Um den sich bewegenden Ball genau zu erfassen, muss das Gehirn nicht nur die Verzögerungen bei der Verarbeitung der eingehenden visuellen Informationen kompensieren, sondern auch die zusätzlichen Verzögerungen, die bei der Planung und Ausführung der Hand- und Armbewegung entstehen", erklärt er .

"Effektiv zu funktionieren in der Gegenwart erfordert einen prädiktiven Mechanismus, der die Zeit, die bei der Übertragung und Verarbeitung dieser sensorischen Information verloren geht, genau ausrechnet", sagt Hogendoorn. "Neben der erwarteten Zeit, die bei der Vorbereitung des nächsten Motorprogramms verloren geht, die zugehörigen Motorbefehle überträgt und die entsprechenden Effektoren tatsächlich bewegt, kann das alles bis zu einer halben Sekunde dauern."

"In dieser Zeit hat sich ein schneller Cricket oder Tennisball mehr als zehn Meter bewegt. Dass eine Person es treffen oder fangen kann - das ist ziemlich erstaunlich. "

Von der Wahrnehmung zur Aktion

Hogendoorn sagt, dass die Ergebnisse mit früheren Forschungen übereinstimmen und diese erweitern, indem sie zeigen, dass Bewegungsextrapolationsmechanismen mit glatten und schnellen Augenbewegungen verbunden sind.

Wie für Spitzensportler, sagt er, dass sie eine inhärente Fähigkeit haben könnten, all diese Informationen schneller und genauer als andere zu verarbeiten, oder sie durch Übung zu entwickeln. Oder vielleicht beides.

"Die Tatsache, dass Menschen dazu in der Lage sind, bedeutet, dass sie sehr gut extrapolieren und vorhersagen können, wo und wann die Dinge sein werden", sagt Hogendoorn.

"Als ein ganzes System von der Wahrnehmung bis zur Aktion müssen Sie wissen, wie lange die Verzögerung auf dem Weg sein wird."

Auch wenn Sie vielleicht kein Weltklasse-Athlet sind, können Sie immer noch die schiere Rechenleistung Ihres eigenen Gehirns bestaunen, wenn Sie das nächste Mal versuchen, einen Ball zu fangen.

Quelle: University of Melbourne

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