各類健身的直播視頻火遍全網(wǎng)，視頻中教練舞動(dòng)跳躍就像節(jié)拍器一樣讓屏幕前的你感受到強(qiáng)烈的律動(dòng)。一個(gè)有趣的問題是：大腦是如何讀取人類肢體運(yùn)動(dòng)中的節(jié)律信息并編碼其中的生物特性的呢？
中國科學(xué)院心理研究所腦與認(rèn)知科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔣毅團(tuán)隊(duì)研究人員借助腦電技術(shù)探索了人腦如何基于肢體運(yùn)動(dòng)中的節(jié)律特征實(shí)現(xiàn)對生物運(yùn)動(dòng)的特異性動(dòng)態(tài)神經(jīng)編碼。實(shí)驗(yàn)記錄了受試者在觀看行走或開合跳運(yùn)動(dòng)時(shí)的腦活動(dòng)。這些刺激都包含了層級性的節(jié)律結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為相對基礎(chǔ)和相對高階的運(yùn)動(dòng)周期。以行走為例，行走的每一步構(gòu)成了基礎(chǔ)的腳步周期，而左右腳的交替運(yùn)動(dòng)則形成了高階的步態(tài)周期，后者提供了前者所不具有的關(guān)于左右兩側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)相位關(guān)系的信息。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，受試者大腦皮層中的神經(jīng)振蕩通過同步化活動(dòng)追蹤了生物運(yùn)動(dòng)刺激中不同層級的節(jié)律結(jié)構(gòu)特征，表現(xiàn)為相關(guān)頻率上神經(jīng)振蕩能量的增強(qiáng)。更重要的是，對高階周期結(jié)構(gòu)的追蹤表現(xiàn)出了生物運(yùn)動(dòng)加工的特異性，即對正立生物運(yùn)動(dòng)刺激的追蹤強(qiáng)度大于對倒立刺激的追蹤強(qiáng)度，而倒立在很大程度上破壞了生物運(yùn)動(dòng)特有的動(dòng)力學(xué)特征。上述結(jié)果在不同的運(yùn)動(dòng)類型和任務(wù)要求下都穩(wěn)定出現(xiàn)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，這種生物特異性的皮層追蹤與個(gè)體對生物運(yùn)動(dòng)的知覺敏感性相關(guān)，且該現(xiàn)象主要集中在參與生物運(yùn)動(dòng)特異性加工的右側(cè)顳葉電極。
據(jù)科研人員介紹，節(jié)律結(jié)構(gòu)的提取依賴于對運(yùn)動(dòng)信息在時(shí)間和空間上的累積。該研究進(jìn)一步利用計(jì)算建模方法評估了兩種潛在的時(shí)空信息累積編碼機(jī)制對上述生物運(yùn)動(dòng)特異性皮層追蹤過程的貢獻(xiàn)。模型擬合結(jié)果表明，大腦對“整合信號”（來自對側(cè)肢體的對立運(yùn)動(dòng)）的追蹤，而非對“加和信號”（來自不同關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的線性疊加）的追蹤，驅(qū)動(dòng)了生物運(yùn)動(dòng)特異性的神經(jīng)編碼。
那么，這項(xiàng)研究的意義何在？研究人員進(jìn)一步指出，該研究揭示了基于人類運(yùn)動(dòng)中節(jié)律性動(dòng)力學(xué)特征的皮層追蹤現(xiàn)象及其時(shí)空編碼機(jī)制，該機(jī)制為生物運(yùn)動(dòng)信息的時(shí)空整合和分割提供了時(shí)間框架，并有助于大腦對生物運(yùn)動(dòng)關(guān)鍵動(dòng)態(tài)信息的提取和知覺。此外，該研究發(fā)現(xiàn)的層級性皮層追蹤效應(yīng)與語言和音樂研究的結(jié)果具有一定的相似性，為回答人類認(rèn)知神經(jīng)系統(tǒng)如何加工這些復(fù)雜而有意義的動(dòng)態(tài)信息提供了啟示?？蒲腥藛T給出的結(jié)論是，人類能產(chǎn)生并接收有節(jié)律的動(dòng)作和聲音。在面對這些信息時(shí)，大腦可能利用節(jié)律性的神經(jīng)活動(dòng)編碼提取刺激節(jié)律結(jié)構(gòu)中的統(tǒng)計(jì)規(guī)律和關(guān)鍵特征，構(gòu)建相應(yīng)的動(dòng)態(tài)知覺表征，從而為個(gè)體有效理解他人行為并進(jìn)行互動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。
