科学家发现,每个人脑中都有预测未知的区域!
无论高中时课程学得如何,当谈到了解和预测世界上的物体如何运动时,人类都是物理学大师。一位约翰·霍普金斯大学的认知科学家发现了这种直觉的源头,大脑“物理引擎”。
这台引擎,当人们观看物理事件发生时就会发动,不在大脑的视觉中心里,而在一组专门策划行动的区域里,表明大脑执行持续的、实时的物理计算,所以人们才能准备对任何飞行物体采取接球、闪避、举起或采取任何必要等动作。这项研究结果可能有助于设计更灵活的机器人,将被公布在《美国国家科学院进展》杂志上。
菲舍尔与美国麻省理工学院的研究人员一起进行了一系列的实验,为了找出涉及物理推理的大脑部位。首先,他们让12位参与者观看积木式堆塔视频。同时监测他们的大脑活动,团队要求受试者要么预测出木块放在哪里时塔会倒塌,或猜测塔拥有更多蓝色木块还是黄色木块。预测木块下降的方向涉及物理直觉,而色彩问题仅仅需要视觉。
接下来,研究小组让其他参与者观看屏幕上两个点弹跳的视频。他们要求受试者预测这些点下一个方向会在哪里,基于物理或社会推理。
研究小组发现,不管是木块还是两个点,当受试者试图预测物理结果时,最敏感的大脑区域包括前运动皮层和辅助运动区—大脑的行动规划区域。
“我们的研究结果表明,物理直觉和行动规划在大脑中是密切联系的,”费舍尔说:“我们相信这可能是因为婴儿在磨练自己的运动技能时会学习世界的物理模型,处理物体运动。此外,用合适的力量、在合适的地方,伸手去抓在正确的东西,我们需要实时的物理理解。
在实验的最后一部分,研究团队要求受试者观看短片剪辑,只是看看;他们没有收到任何其他指令,而他们的大脑活动仍然接受监测。一些剪辑有很多物理学的内容,其他的几乎没有。研究小组发现,剪辑中包含的物理内容越多,关键脑区被激活的也越多。
“大脑活动反映了电影中物理内容的数量,即使人们不自觉地在关注它,”菲舍尔说:“这表明,我们一直都使用物理推理,即使我们甚至都没有考虑这件事。”
这一发现可能为运动障碍如失用症提供新见解,因为非常有可能,大脑运动区有损伤的人也有菲舍尔所说的“隐性损伤”—物理判断困难。
更好地理解大脑是如何运行物理计算还可能丰富机器人的设计。用物理模型构建的机器人,在其程序下一直运行,几乎就像视频一样,可以更流畅地浏览世界。