在 80 年代末和 90 年代初,在克利夫蘭騎士隊成為勒布朗的球隊之前,球隊的命運很大程度上取決於穩健可靠的控球后衛馬克·普萊斯。普萊斯最出名的事蹟之一是:他試圖打破卡爾文·墨菲連續罰進 78 球的記錄。
1993 年 4 月,普萊斯在罰球線上錯失了本可以追平記錄的一球;當月晚些時候,明尼蘇達森林狼隊的邁克爾·威廉姆斯在對陣猶他爵士隊的比賽中最終打破了這一記錄。過去十年裡,大多數科學家可能會假設這位 NBA 史上罰球命中率最高的球員(他投進了 90.4% 的球)為何會錯失那次關鍵的嘗試,他們很可能會將原因歸咎於所謂的“線上動作”的不一致性——即普萊斯彎曲膝蓋並開始動作後發生的神經活動和肌肉收縮。然而,本週《神經元》雜誌上發表的一項新研究報告稱,另一個因素也起到了作用:大腦並非在每一步都以完全相同的方式計劃投籃的執行過程。
斯坦福大學電氣工程師兼神經科學家克里希納·舍諾伊說:“我們論文的重點是,這是第一個證據表明,神經活動——在運動開始之前發生的腦活動——對你將要獲得的變異性或確切的運動有很大影響。”
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舍諾伊和他的團隊研究了兩隻恆河猴,當它們做出一個簡單的、練習過的動作(伸手觸控目標)時,以確定所謂的“離線”活動是否會對每個動作的變異性產生任何影響。首先,對猴子進行訓練,讓它們在看到綠色目標時快速伸手,並在看到紅色目標時執行更快的動作。
當猴子執行這些任務時,研究人員研究了它們大腦前運動皮層(大腦外層,負責運動規劃等高階功能)中的單個神經元,以檢視每個神經細胞是否會增加其在較慢或較快伸手時的活動。一旦每個神經元被編入目錄,研究小組就會在猴子進行一系列伸手動作時對其進行監測,自然地改變每個動作的速度。
舍諾伊說:“我們所做的是記錄在運動開始之前就存在的準備活動,並表明你可以預測即將到來的運動平均會稍微快一些還是稍微慢一些。”事實上,研究小組發現,離線神經活動對每次伸手的速度具有高度的預測性。
接下來,研究小組試圖估計運動中變異性的百分比有多少可以歸因於規劃階段的神經活動。他們使用肌電圖在相同的伸手練習中測試了肌肉活動,以確定線上變異性與運動變異性的相關性如何。令他們驚訝的是,結果與他們對離線效應的研究結果相似。參與這項研究的研究生阿夫申·阿夫沙爾說:“最重要的是,神經記錄可以解釋即將到來的速度變異性,就像肌肉記錄可以解釋的那樣。” 他補充說,離線活動可能佔運動變異性的一半,而線上效應影響另一半。
然而,並非所有專家都同意。加利福尼亞大學聖地亞哥分校的認知科學家伊曼紐爾·託多羅夫對運動準備是身體運動變異性的主要來源持懷疑態度。他說,所執行的任務太簡單,無法得出明確的結論,而更困難的活動(如揉紙),一旦運動開始就需要一些感官引導,則會較少依賴計劃。“我們應該注意不要過度概括,”他警告說。“不同神經元機制的相對貢獻可能取決於行為的性質。” 蒙特利爾大學的神經生理學家保羅·西塞克表示,舍諾伊的工作對運動控制研究非常重要,因為近年來人們幾乎忘記了對離線活動影響的考慮。“規劃過程對運動變異性的影響的精確比例不容易計算,但可能不是非常重要,”他指出。“知道它存在並且不可忽略,這一點很重要,無論它是 30%、50% 還是 70%。這表明運動控制的計算模型需要考慮規劃變異性。”