近年，我國(guó)載人航天發(fā)展如火如荼。“高高在上”的太空成為了開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的新場(chǎng)所，與常規(guī)的地面實(shí)驗(yàn)室一起，共同助力于科學(xué)家的研究。最近，科學(xué)家們就通過(guò)航天和地面實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)的研究，解答了為何人類倒立時(shí)識(shí)別其它生物的能力會(huì)下降。

面對(duì)運(yùn)動(dòng)著的動(dòng)物，生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)使得我們可以無(wú)需復(fù)雜的思考，就可以憑借直覺(jué)迅速地判斷出該動(dòng)物的類別與行為。而如果面對(duì)的是人，我們還能迅速地判斷出他的身份、情緒和意圖?？梢哉f(shuō)，生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)對(duì)于人類具有重大的意義。

但是，科學(xué)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)受到眾多因素影響，某些干擾可能會(huì)導(dǎo)致其敏感度下降甚至“失靈”?？茖W(xué)家們?cè)鲞^(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他們把幾個(gè)光點(diǎn)附著在運(yùn)動(dòng)生物的關(guān)節(jié)上，再把這些光點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫交給被試者觀看。結(jié)果表明，憑借出色的生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)能力，人們可以很輕松地檢測(cè)到生命體的存在，并從中提取出豐富的生物社會(huì)信息。但是，如果把這些光點(diǎn)動(dòng)畫以倒置的方式呈現(xiàn)出來(lái)，人們對(duì)其中信息的感知能力就會(huì)顯著地變差。

既然生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)能力如此重要，那么為什么這種能力會(huì)受到視覺(jué)刺激朝向制約?“倒置”為什么會(huì)導(dǎo)致生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)下降?我國(guó)科學(xué)家開(kāi)展的一項(xiàng)研究揭示了可能的答案。

由中國(guó)科學(xué)院心理研究所(以下簡(jiǎn)稱中科院心理所)、腦與認(rèn)知科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔣毅研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心人因工程國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳善廣研究團(tuán)隊(duì)合作發(fā)表在《自然·通訊》雜志上的一項(xiàng)新成果表明，這種現(xiàn)象背后的關(guān)鍵因素是重力。

新研究對(duì)兩種假說(shuō)加以檢驗(yàn)

“生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)是人類的本能。實(shí)驗(yàn)表明，剛出生的嬰兒就對(duì)生物運(yùn)動(dòng)有感知，并且偏愛(ài)正立而非倒立的生物運(yùn)動(dòng)。其它一些動(dòng)物，比如小雞，也表現(xiàn)出類似的偏好。” 論文的第一作者、中科院心理所副研究員王瑩在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說(shuō)。

王瑩介紹：“在小雞實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，剛孵出的小雞對(duì)正立的母雞運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫會(huì)做出反應(yīng)，例如模仿母雞的朝向和動(dòng)作。而面對(duì)倒立的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，小雞卻沒(méi)有類似反應(yīng)。我們?nèi)祟惡托‰u一樣，都對(duì)正立的生物運(yùn)動(dòng)更敏感，說(shuō)明這種敏感性可能是長(zhǎng)期進(jìn)化的產(chǎn)物。這種現(xiàn)象的進(jìn)化意義在于，它能幫助我們選擇性地對(duì)符合地球重力作用的運(yùn)動(dòng)模式反應(yīng)，從而更有效地探測(cè)環(huán)境中生命體的存在。”

然而，人類對(duì)正立生物運(yùn)動(dòng)刺激相對(duì)于倒立刺激的知覺(jué)優(yōu)勢(shì)，究竟是如何形成的呢?有兩種假說(shuō)可以解釋。

第一種假說(shuō)認(rèn)為，人類對(duì)正立運(yùn)動(dòng)的敏銳感知完全源自于視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，就像是人們更容易識(shí)別正立面孔一樣，看得多自然識(shí)別得好。第二種假說(shuō)認(rèn)為，這一現(xiàn)象或與作用于生物體，包括人類自身的地球重力的影響有關(guān)。

“這里的重力影響，指的不僅是生物運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫中包含的重力加速度信息，也包括觀看者大腦對(duì)自身接收的重力信號(hào)的感知。地面上的人類始終處于地球重力場(chǎng)當(dāng)中，我們的大腦前庭系統(tǒng)不斷接收、處理重力信號(hào)，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。這種計(jì)算有可能為符合地球重力作用的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息，也就是正立的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)信息的加工提供便利，從而讓我們對(duì)正立的生物運(yùn)動(dòng)更加敏感。”王瑩說(shuō)。

假說(shuō)是現(xiàn)代科學(xué)的基石，也是一切科學(xué)理論的基礎(chǔ)?？墒?，僅僅有假說(shuō)還是不夠的，只有實(shí)驗(yàn)才能支持抑或是證偽假說(shuō)。

為此，科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了專門的實(shí)驗(yàn)，來(lái)檢驗(yàn)上文提到的兩種假說(shuō)。而開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的理想環(huán)境之一，就是天然的失重環(huán)境——太空。

空地兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)共同支持重力假說(shuō)

太空，是天然的失重環(huán)境，也是許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)難得的開(kāi)展場(chǎng)所。得益于我國(guó)載人航天領(lǐng)域“面向長(zhǎng)期空間飛行的航天員作業(yè)能力變化規(guī)律與機(jī)制研究”的前瞻設(shè)計(jì)，航天員科研訓(xùn)練中心科技工作者的精密組織，以及中國(guó)航天員辛勤的“接力”實(shí)施，中科院心理所和中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心的研究人員積累了許多來(lái)自太空的寶貴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

通過(guò)航天實(shí)驗(yàn)，研究者發(fā)現(xiàn)，暴露于太空失重環(huán)境約一周之后，每位航天員對(duì)于正倒立生物運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫的感知差異都明顯變小了，即知覺(jué)上的倒置效應(yīng)減弱。這說(shuō)明，該效應(yīng)在個(gè)體間具有高度的一致性，初步證明了身處地球的重力環(huán)境是產(chǎn)生朝向特異的視覺(jué)生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)敏感性的關(guān)鍵因素。

為了進(jìn)一步檢驗(yàn)這種效應(yīng)是由于失重，還是由于航天實(shí)驗(yàn)環(huán)境、練習(xí)效應(yīng)等與重力無(wú)關(guān)因素引起的，研究者又實(shí)施了兩個(gè)控制變量實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在正常地球重力條件下，無(wú)論是在模擬航天實(shí)驗(yàn)的幽閉環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，還是進(jìn)行反復(fù)的練習(xí)，被試者都沒(méi)有表現(xiàn)出生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)倒置效應(yīng)的減弱。因此，實(shí)驗(yàn)排除了非重力因素的影響，把可能的影響因素明確“鎖定”在了重力之上。

為了驗(yàn)證航天實(shí)驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)，研究人員又在地面開(kāi)展了一項(xiàng)模擬失重效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用-6°的頭低位臥床方法模擬航天對(duì)人的影響。該方法可以誘發(fā)類似失重狀態(tài)下的體液頭向轉(zhuǎn)移，帶來(lái)生理和前庭響應(yīng)上的改變。結(jié)果表明，45天頭低位臥床實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了和航天實(shí)驗(yàn)類似的影響，顯著降低了被試者的生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)倒置效應(yīng)。

在地頭低位臥床實(shí)驗(yàn)中，研究人員還測(cè)量了面孔知覺(jué)的倒置效應(yīng)，也就是看長(zhǎng)時(shí)間失重之后，人們對(duì)“正立的臉”相對(duì)于“倒過(guò)來(lái)的臉”的知覺(jué)優(yōu)勢(shì)是否會(huì)減小。結(jié)果表明，這種效應(yīng)是不存在的。也就是說(shuō)，“倒著的臉”和“倒著的運(yùn)動(dòng)”對(duì)于人腦來(lái)說(shuō)并不一樣。前者更多依賴于對(duì)形狀信息的加工，主要受制于視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，而后者包含了對(duì)運(yùn)動(dòng)信息的加工，受重力影響顯著。

在心理學(xué)的眾多分支當(dāng)中，認(rèn)知心理學(xué)最為重視行為現(xiàn)象背后的神經(jīng)機(jī)制研究。因此，在頭低位臥床模擬失重前后，研究者還利用功能磁共振成像技術(shù)掃描了受試者的神經(jīng)活動(dòng)。結(jié)果表明，負(fù)責(zé)生物運(yùn)動(dòng)加工的pSTS腦區(qū)活動(dòng)及其與處理重力信息的前庭系統(tǒng)活動(dòng)的功能連接在模擬失重后都表現(xiàn)出了顯著變化。

“這一系列結(jié)果都有力地支持了第二種假說(shuō)，即前庭重力計(jì)算參與塑造了人對(duì)視覺(jué)生物運(yùn)動(dòng)朝向特異的知覺(jué)敏感性。”王瑩總結(jié)說(shuō)。

太空實(shí)驗(yàn)與地面模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，“天地呼應(yīng)”是該研究的亮點(diǎn)之一。航天領(lǐng)域科研團(tuán)隊(duì)與腦認(rèn)知領(lǐng)域研究團(tuán)隊(duì)密切配合，是該研究的寶貴經(jīng)驗(yàn)。其中，載人航天工程副總設(shè)計(jì)師、中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心人因工程國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任陳善廣團(tuán)隊(duì)在太空實(shí)驗(yàn)與地面模擬實(shí)驗(yàn)的策劃、設(shè)計(jì)和組織實(shí)施中發(fā)揮了重要作用。

未來(lái)還將研究非生物運(yùn)動(dòng)識(shí)別

作為基礎(chǔ)研究，目前該研究取得的成果只是一個(gè)開(kāi)始?？蒲腥藛T期待著在未來(lái)繼續(xù)開(kāi)展研究，以增進(jìn)人們對(duì)失重條件下人類視知覺(jué)變化規(guī)律的理解和利用。

“目前，我們研究的是生物運(yùn)動(dòng)知覺(jué)，而非生物運(yùn)動(dòng)同樣值得關(guān)注。航天員在太空重力條件之下，既要和隊(duì)友打交道，又要操作各種不具有生命性的儀器，接觸到各類視覺(jué)信息。全面把握失重影響人類視知覺(jué)的規(guī)律，才能為航天員的太空作業(yè)提供更多便利，促進(jìn)航天器人機(jī)界面的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提高航天員作業(yè)效率、降低航天員作業(yè)負(fù)荷。這也是我們的研究在未來(lái)潛在的應(yīng)用方向之一。”王瑩介紹說(shuō)。

“此外，了解不同重力條件下人腦的可塑性，也有望為探索深空提供幫助。例如，月球的重力條件和地球不同，運(yùn)動(dòng)知覺(jué)研究或有助于評(píng)估登月活動(dòng)對(duì)人腦認(rèn)知功能的影響。我們合作團(tuán)隊(duì)的成員都期待在未來(lái)能共同開(kāi)展更多的航天實(shí)驗(yàn)，為我國(guó)的航天科研事業(yè)繼續(xù)貢獻(xiàn)一份力量。”王瑩表示。(實(shí)習(xí)記者孫明源)

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