尽管头部沉重,但视野清晰:模型解释了简单动作的选择
大脑喜欢刻板印象——至少在动作上是这样。简单的操作通常以相同的方式执行。一个数学模型解释了为什么会出现这种情况,可以用来产生更自然的机器人运动和适应假肢的运动。
一方面,处理电脑鼠标就像看后视镜一样:良好的运动有助于大脑专注于重要的事情。但只要把目光转移到一个新的目标上,就有可能发生几乎无数眼睛和头的运动组合:我们的眼睛和头的运动有多快?眼睛转动多少,头部转动多少?到目前为止,人们还不清楚大脑为什么会从所有可能的组合中选择一个特定的运动选项。
由慕尼黑伯恩斯坦中心项目负责人Stefan Glasauer博士(德国慕尼黑大学)领导的一个团队现在已经开发出一种数学模型这可以准确地预测水平凝视运动。除了眼睛和头部对目光转移的贡献外,它还预测了运动的持续时间和速度。
与之前的大多数模型不同,研究人员考虑了头部和眼睛对目标的运动,以及眼睛对目标的反运动凝视已到达目标,但头部仍在移动。“运动的时间越长,越多扰动加起来,”格拉森说。“然而,运动速度越快,加速度和大肌肉力量引起的误差就越大。”根据这些信息,慕尼黑大学的研究人员计算了眼睛和头部的运动,并确定了造成干扰最少的运动组合。这一动作不仅与健康志愿者在自然条件下的选择相匹配,而且与在头部转动惯量增加的实验中受试者头部运动改变的实验(见图)相匹配。
这些发现可以帮助机器人学会人形运动,从而促进与服务机器人的互动。它也可能有助于“智能”假肢的构建。这些设备可以为携带者提供最接近人类自然动作的选择。下一步,Glasauer和他的同事们想要研究三维眼-头运动,目的是更好地理解简单的运动学习。
更多信息:Saglam M., Lehnen N., Glasauer S.(2011):眼-头自然运动的最优控制使噪声的影响最小化。中华神经科学杂志,31(4):344 - 344