乒乓球脑筋急转弯与机器人比赛让我们的大脑更努力地工作

作为她高中网球队的队长和大学四年网球校队的老将，AmandaStudnicki多年来一直在为这一刻训练。

她现在所要做的就是从小处着想。像乒乓球一样小。

几个星期以来，佛罗里达大学的研究生Studnicki在乒乓球场上与数十名球员对战。她的对手一副科幻小说的样子，当他们与Studnicki或发球机比赛时，一顶电极帽从他们的头上流到背包里。半机械人的外表对于Studnicki的目标至关重要：了解我们的大脑如何应对乒乓球等高速运动的强烈需求——以及机器对手的不同之处。

Studnicki和她的顾问DanielFerris发现乒乓球运动员的大脑对人类或机器对手的反应非常不同。面对发球机的高深莫测，球员们的大脑在等待下一个发球局。在明显暗示人类对手即将发球的同时，他们的神经元齐声嗡嗡作响，似乎对他们的下一步行动充满信心。

该研究结果发表在eNeuro杂志上，对运动训练有影响，表明人类对手提供了机器助手无法替代的真实感。随着机器人变得越来越普遍和复杂，了解我们大脑的反应可能有助于让我们的人造伙伴更加自然。

“机器人变得越来越普遍。像波士顿动力这样的公司正在制造可以与人类互动的机器人，还有其他公司正在制造帮助老年人的社交辅助机器人，”佛罗里达大学生物医学工程教授费里斯说。“人类与机器人的互动将不同于他们与其他人的互动。我们的长期目标是试图了解大脑对这些差异的反应。”

Ferris的实验室长期以来一直在研究大脑对视觉提示和运动任务(如步行和跑步)的反应。当拥有网球背景的Studnicki加入研究小组时，他正希望升级到研究复杂、快节奏的动作。因此实验室决定网球是解决这些问题的完美运动。但过大的动作——尤其是高上手发球——证明是新兴技术的障碍。

“所以我们真的把事情缩小到乒乓球，并问了我们以前对网球的所有相同问题，”费里斯说。研究人员仍然需要补偿乒乓球的较小运动。因此，Ferris和Studnicki在一个典型的大脑扫描帽中将120个电极加倍，每个额外的电极都可以控制乒乓球比赛中头部的快速运动。

一名研究参与者与发球机对战，同时用脑电图帽对他的大脑进行成像。研究表明，在运动中与人类或机器对手比赛时，我们的大脑会做出不同的反应。图片来源：弗雷泽·斯普林菲尔德

通过所有这些电极扫描玩家的大脑活动，Studnicki和Ferris能够调谐到将感官信息转化为运动的大脑区域。这个区域被称为顶枕叶皮层。

“它需要你所有的感官——视觉、前庭、听觉——它会提供有关制定你的运动计划的信息。人们对它进行了大量的研究，以解决简单的任务，比如伸手和抓握，但它们都是静止的，”Studnicki说。“我们想了解它是如何处理复杂运动的，比如在太空中跟踪球并拦截它，乒乓球非常适合这个。”

研究人员分析了与Studnicki和球机对抗的数十小时比赛。当与另一个人对战时，玩家的神经元一致工作，就像他们都在说同一种语言一样。相比之下，当球员面对发球机时，他们大脑中的神经元并不相互对齐。在神经科学界，这种不一致被称为去同步化。

“如果我们在一个足球场上有100,000人并且他们都一起欢呼，那就像大脑同步，这是大脑放松的标志，”费里斯说。“如果我们有同样的10万人，但他们都在和朋友聊天，他们很忙，但他们并不同步。在很多情况下，这种不同步表明大脑正在进行大量计算而不是坐着闲着。”

该团队怀疑球员在等待机器人发球时大脑非常活跃，因为机器没有提供他们下一步要做什么的提示。显而易见的是，我们的大脑处理这两种体验的方式截然不同，这表明使用机器进行训练可能不会提供与真正的对手对战相同的体验。

“我仍然认为使用机器练习有很多价值，”Studnicki说。“但我认为机器将在未来10年或20年内进化，我们可能会看到更多自然主义行为供玩家练习对抗。”

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