大谷解释自己为何连160公里火球也会被打中
IBS通过猴子实验揭示
事前预测与感觉运动机制
破解“动态视力”原理
美国职业棒球大联盟投手的平均球速远超每小时150公里。最快的代表大谷翔平投到每小时160公里也不在话下。在人眼中，球就像闪电一闪而过，转瞬即逝。尽管如此，打者仍能频频击出本垒打和安打。究竟秘诀何在？韩国国内研究团队通过研究与人类相似的猴子大脑运作原理，找出了原因。包括人在内的灵长类动物可以通过事先预测来提升感觉—运动能力，也就是弄清了运动员口中所谓“动态视力”的实质。
资料照片 日本选手 Ohtani 全力投球
（东京=韩联社）记者 Shin Junhee = 9日，在日本东京巨蛋举行的2023年世界棒球经典赛第一轮日本对中国的比赛中，日本选手 Ohtani 正在全力投球。2023.3.9
基础科学研究院（IBS）于13日表示，由研究委员 Lee Junyeol（成均馆大学教授）领导的脑科学成像研究团研究团队，通过灵长类行为实验和神经细胞活动测量获得的数据，确认了基于既有经验知识的预测，会调节负责处理视觉信息的大脑皮层感觉区域，从而提升感觉—运动（Sensorimotor）能力。
动物为了适应既定环境并生存下去，要利用多种感觉信息。包括人在内的灵长类主要依赖通过双眼获得的视觉信息。即便视觉信息并不准确或受到限制，我们的大脑也会把视觉信息与基于过去经验知识的预测信息整合起来，使我们能够做出恰当的行为。然而，这些信息在大脑的哪个区域、通过何种方式实现整合与处理，迄今仍不明确。
研究团队以灵长类行为实验和神经细胞活动测量所得数据为基础，证明了基于既有经验知识的预测，会调节负责处理视觉信息的大脑皮层感觉区域，从而提升感觉—运动（Sensorimotor）能力。所谓感觉—运动，是指对外部感觉刺激作出迅速而准确的运动反应的能力。比如，当我们用眼睛追踪运动物体时，大脑会处理通过双眼接收的关于运动物体方向和速度等视觉信息，并据此调节眼球运动。
在红毛猕猴执行用眼睛追踪运动视觉刺激物的追踪眼球运动任务期间，研究团队利用视线追踪装置和电极，测量了眼球运动以及大脑外侧视觉皮层（中颞视觉区，Middle temporal visual area）神经细胞的活动。实验中向猴子呈现的是一种在圆形区域内随机出现点的“随机点运动图”作为视觉刺激物，猴子必须将视线保持在刺激物的中心位置。同时，分别在视觉刺激物清晰可见的高亮度条件和不太清晰的低亮度条件下，再根据视觉刺激物移动方向是否相近、从而是否可以进行预测，将实验分为可预测和不可预测两种情况。研究团队对如此获得的数据，运用计算机模拟、机器学习以及神经解码等技术进行分析，从数学和定量角度解析了在视觉皮层区域中，预测信息与感觉信息是如何被处理的。
行为实验结果显示，即便猴子难以清楚看到视觉刺激物，只要能够依据此前的实验经验预测其移动方向，追踪眼球运动的偏差就较小；相反，当即便有过往经验也无法预测其运动轨迹时，偏差就会明显增大。这意味着，当感觉信息不够确定时，利用既有经验知识可以提高行为的精确度。
研究团队通过数据分析，推断出外侧视觉皮层细胞神经活动所表征的刺激运动方向，并与实际追踪眼球运动方向进行比较，结果确认推断方向与实际追踪眼球运动方向的偏差相似。与行为实验结果相同，仅在视觉刺激物不易看清的情况下，才观察到由于事先预测，外侧视觉皮层细胞的方向选择性会被调节，从而更好地处理眼球运动的追踪方向。由此，研究团队揭示，外侧视觉皮层细胞的活动模式不仅能够表征视觉刺激物方向的感觉信息，也能够表征对该方向的预测信息，并且这种表征与眼球运动的精确性相关。以往研究认为，预测在额叶进行，而感觉信息在视觉皮层处理。
研究委员 Lee Junyeol 表示：“本次研究表明，大脑外侧视觉皮层并非只是将从环境获得的感觉信息简单转换为神经信号的区域，而是一个能够在既有知识和预测的作用下，对同一感觉信息作出不同解读并据此调节行为的大脑区域。”他接着称：“我们由此了解到，大脑皮层的感觉区域如何利用事先信息来推动感觉—运动行为发生变化。通过加深对感觉—运动信息处理神经机制的理解，这一研究也有望为感觉—运动及认知功能障碍的治疗研究提供帮助。”
本次研究成果已于本月7日在线发表在《科学》杂志的姊妹期刊《科学进展》（Science Advances）上。
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