Биологическое движение

Биологическое движение — это движение, которое возникает в результате действий биологического организма. Люди и животные способны понимать эти действия посредством опыта, идентификации и нейронной обработки более высокого уровня . ^[1] Люди используют биологическое движение для идентификации и понимания знакомых действий, что участвует в нейронных процессах для эмпатии , общения и понимания намерений других . Нейронная сеть для биологического движения очень чувствительна к предыдущему опыту наблюдателя с биологическими движениями действия, что позволяет осуществлять воплощенное обучение . Это связано с областью исследований, которая широко известна как воплощенная когнитивная наука , а также с исследованиями зеркальных нейронов .

Например, хорошо известным примером чувствительности к определенному типу биологического движения является наблюдение танцорами-экспертами за тем, как танцуют другие . По сравнению с людьми, которые не умеют танцевать, танцоры-эксперты проявляют большую чувствительность к биологическому движению из танцевального стиля их экспертного опыта . Тот же танцор-эксперт также проявит схожую, но меньшую чувствительность к танцевальным стилям за пределами их экспертного опыта. Различия в восприятии танцевальных движений предполагают, что способность воспринимать и понимать биологическое движение сильно зависит от опыта наблюдателя в действии. Похожий эффект экспертного опыта наблюдался в различных типах действий, таких как создание музыки, язык, научное мышление, баскетбол и ходьба.

Феномен человеческой чувствительности к биологическому движению был впервые задокументирован шведским психологом восприятия Гуннаром Йоханссоном в 1973 году. ^[1] Он наиболее известен своими экспериментами, в которых использовались точечные световые дисплеи (PLD). Йоханссон прикреплял лампочки к частям тела и суставам актеров, выполняющих различные действия в темноте. Он снимал эти действия, получая точечный свет от каждой лампочки, движущейся на черном фоне. Йоханссон обнаружил, что люди могли распознавать, что делают актеры, когда PLD двигался, но не когда он был неподвижен. Изобретение Йоханссоном PLD вдохновило новую область исследований человеческого восприятия. Современная технология создания PLD основана на тех же принципах, за исключением того, что пленку заменили несколько камер, подключенных к компьютерам, которые создают трехмерное представление движений актеров, что позволяет в значительной степени контролировать PLD.

Интерес к биологическому движению возобновился с публикацией статьи 1996 года о зеркальных нейронах . ^[2] Было обнаружено, что зеркальные нейроны активны в мозге животного как тогда, когда это животное наблюдает за другим животным, совершающим движение, так и тогда, когда это животное совершает то же самое движение. Зеркальные нейроны первоначально наблюдались в премоторной коре , однако они также были обнаружены в супрамаргинальной извилине и височно-теменном соединении , областях мозга, которые связаны с обработкой биологического движения. Кодирование как визуальных, так и двигательных действий в одном и том же наборе нейронов предполагает, что на понимание и восприятие биологического движения влияет не только визуальная информация о движении, но и опыт наблюдателя в отношении биологического движения.

Сегодня открытие зеркальных нейронов привело к взрывному росту исследований восприятия и понимания биологического движения и действий в таких областях, как социальная и аффективная нейронаука, язык , действие, технология захвата движения и искусственный интеллект , такой как андроиды и виртуальные воплощенные агенты , а также феномен зловещей долины .

Результаты исследований биологического движения показали, что люди очень чувствительны к биологическим движениям действий, и эти наблюдения переросли в исследования различных возможных факторов восприятия и понимания биологических движений телесных действий. Благодаря исследованиям с точечным световым дисплеем (PLD) открытия в области психологии и нейронауки превратились в значительный объем исследований, которые охватывают различные области.

В эксперименте PLD участникам предъявляются статические, динамические или рандомизированные динамические белые точки, состоящие из источников света или маркеров захвата движения, которые размещаются на суставах, участвующих в действиях биологических организмов. Несмотря на то, что отдельные точки в PLD не показывают никакой явной визуальной связи с другими точками, наблюдатели способны воспринимать связное биологическое движение действий в динамическом PLD. ^[4] Исследования с использованием методов PLD показали, что люди лучше идентифицируют PLD своей собственной походки по сравнению с другими. ^[3] Люди также способны распознавать различные эмоции в PLD. Уделяя особое внимание языку тела, наблюдатель может идентифицировать гнев, печаль и счастье. Наблюдатели также могут определять пол актеров с помощью некоторых действий в PLD.

В большом исследовании с участием пациентов, перенесших инсульт, было обнаружено , что значимые области, связанные с дефицитом восприятия биологического движения, включают верхнюю височную борозду и премоторную кору . ^[3] Мозжечок также участвует в обработке биологического движения. ^[4]

Недавнее исследование пациента с агнозией развития , нарушением распознавания объектов, показало, что способность распознавать форму биологических организмов посредством биологического движения остается нетронутой, несмотря на дефицит восприятия небиологической формы посредством движения. ^[5]

Недавние исследования когнитивной нейронауки начали фокусироваться на структурах мозга и нейронных сетях , которые участвуют в биологической обработке движения. ^[2] Использование методов транскраниальной магнитной стимуляции предоставило доказательства, которые предполагают, что биологическая обработка движения происходит за пределами области MT+/V5, которая может включать как визуальную форму, так и движение. ^[6] Было показано, что задняя верхняя височная борозда активна во время восприятия биологического движения. ^[7] Кроме того, было показано, что премоторная кора активна во время обработки биологического движения, показывая, что система зеркальных нейронов задействована для восприятия и понимания PLD. ^[8] Дополнительные доказательства из другого исследования показывают, что сеть режима по умолчанию имеет важное значение для различения биологического и небиологического движения. ^[9] Такие выводы вышеупомянутых исследований показывают, что биологическое восприятие движения - это процесс, который вовлекает несколько различных нейронных систем за пределами сетей, участвующих в визуальной обработке небиологических движений и объектов .

Человеческое восприятие и понимание биологического движения в действиях животных развивается с возрастом, обычно достигая предела примерно в пять лет. ^[10] В эксперименте с трехлетними, четырехлетними и пятилетними детьми и взрослыми участников попросили определить PLD действий животных, таких как идущий человек, бегущая и идущая собака и летящая птица. Результаты показали, что взрослые и пятилетние дети смогли точно определить действия животных. Однако четырехлетние и трехлетние дети испытывали трудности, хотя четырехлетние дети значительно лучше определяли действия животных, чем трехлетние. Это говорит о том, что наше восприятие и понимание биологического движения и действий проходит через процесс развития у человеческих детей, достигая потолка производительности для определения действий животных в пять лет.

В то время как большинство животных, например, кошки, склонны распознавать точечные световые проявления своего собственного вида по сравнению с другими видами и перемешанными PLD, ^[11] трехлетние дети добились наибольшего успеха в распознавании PLD идущей собаки и наименьшего успеха в распознавании PLD идущего человека. Возможным объяснением этих противоречивых результатов может быть небольшой физический рост детей и их полученный опыт с визуальными перспективами: собаки ближе по росту к более маленьким детям, в то время как опыт наблюдения и выполнения аналогичных биологических движений идущего человека сложнее получить из-за роста взрослых, а также их небольшого опыта ходьбы.

В следующей части эксперимента разным участникам было предложено идентифицировать тех же животных с точечным световым дисплеем, но со статическими изображениями вместо движущихся точек. Пятилетние дети и взрослые дали результаты случайного выполнения , в то время как более молодые участники были исключены из-за более высокого уровня ошибок из-за более сложной природы задачи. Таким образом, этот эксперимент предполагает, что в возрасте пяти лет мы искусны в идентификации действий животных и визуальных форм с точечным световым дисплеем. Это исследование также показывает, что опыт биологического движения имеет решающее значение для нашего восприятия и понимания действий. ^[10]

Люди, по-видимому, используют схожие когнитивные функции при идентификации реальных глаголов и биологически возможных движений. ^[12] В другом эксперименте исследователи дали участникам лексические и действия решения, чтобы измерить, сколько времени им потребовалось, чтобы определить, были ли слова реальными или перемешанные PLD действием. Участникам потребовалось гораздо больше времени, чтобы идентифицировать псевдослова и перемешанные PLD. Корреляция во времени реакции между глагольными словами и действиями PLD оказалась довольно сильной (r = 0,56), в то время как корреляция между существительными и действиями PLD была намного ниже (r = 0,31).

Эти результаты показывают, что люди используют схожие когнитивные функции для идентификации биологического движения и слов, независимо от того, представлено ли это посредством письменного языка или точечных световых дисплеев. Исследователь предполагает, что эти результаты поддерживают теоретическую структуру, называемую воплощенным познанием, которая предполагает, что познание действий и слов может поддерживаться двигательной системой . ^[12]

Некоторые исследования изучают различия между глобальной и локальной обработкой биологического движения; как обрабатывается вся фигура PLD по сравнению с тем, как обрабатываются отдельные точки в PLD. В одном исследовании изучались оба типа обработки в PLD ходьбы человека в разных направлениях путем замены отдельных точек изображениями людей или фигурками из палочек, обращенными в разные стороны. ^[13] Результаты показали, что люди с трудом воспринимают направление ходьбы глобальной PLD, когда локальные точки не обращены в одном направлении, что указывает на то, что мозг использует аналогичный механизм на основе формы для распознавания как глобальных, так и локальных стимулов во время обработки. Результаты также показывают, что обработка локальных изображений является автоматическим процессом, который может мешать последующей обработке глобальной формы ходьбы PLD.

Восприятие биологического движения в PLD зависит как от движений отдельных точек, так и от конфигурации/ориентации тела в целом, а также от взаимодействия между этими локальными и глобальными сигналами. ^[14] Подобно эффекту Тэтчер в восприятии лица, инверсию отдельных точек легко обнаружить, когда вся фигура представлена ​​нормально, но трудно обнаружить, когда весь дисплей представлен перевернутым. Однако недавние электрофизиологические исследования показывают, что конфигурация/ориентация PLD может влиять на обработку движения PLD на ранних стадиях нейронной обработки. ^[15]