走路看远一点！论视觉如何引导运动

　　

想要平稳有效地在地面行走，需要视觉和身体运动的精准协调。直到现在，有关视觉和运动的研究都是在可控的实验室环境中进行的独立实验，所以，我们对现实社会各种神经和生理系统如何协调导航的理解还很受限。

德州大学奥斯汀分校的研究人员使用了新型技术追踪视觉如何引导脚的放置方式。今年4月，他们在《Cell》发表文章，为确定行走时大脑中真正发生的事件奠定了一块基石。

“视觉引导行走研究的美妙之处在于，它涉及到我们感知层面的每一个层次。要真正地了解它，你需要知道视觉如何工作、如何计划工作，以及肌肉如何工作，”博后研究学者Jonathan Matthis说。

Matthis的研究结合了新型运动捕捉和眼动追踪技术来跟踪两种不同机制的工作模式。研究人员在一个电焊面罩（遮挡红外相机免受光照）周围安装了一个眼追踪器，又利用运动追踪服装记录凝视等全身运动来校准人眼追踪器，最后让受试者带着面罩穿着服装在平坦、中等和崎岖的路面地形上进行导航测试。

“眼动是认知的窗口，包含丰富信息，”Matthis说。“通过追踪眼睛，我们可以清楚地看到中枢神经系统完成特定任务时所需的信息。”

研究人员发现，在不同地形上，受试者们都表现出了典型的行走和注视模式：平坦路面步幅较大，行走速度较快，眼睛注视地面的时间只有一半，而且是简单的扫描确认是否存在即将可能遇到的障碍。

在中等路面和崎岖地形上，步幅越来越小，越来越慢，而且步履更具变化。90%的时间视线都精准地落在即将踩踏的立足点上。中等地形，受试者主要关注未来两步之内的落脚点；崎岖地形，受试者的视线需要在2至3步落脚点之间进行权衡，以便做出更长期的路径规划。

最意想不到的是，在所有三个地形中，受试者总是相对现在的落脚点往前多看1.5秒，这体现了运动行为的前瞻性，表明这段时间对人类运动起重要作用。

“持续的前瞻时间表明步行者正在维持某种全局运动策略，”Matthis说。“步行者使用目光确保他们总是知道接下来1.5秒会发生什么。”

“良好的行动决策不仅需要良好的感官数据，还需要计算行动的成本和收益，”他说。“把同样的实验工具搬到现实社会，我们就能解读人类在自然环境中的行为。”

这项研究为更好地治疗运动性损伤（如中风、衰老和帕金斯）铺平了道路，为假肢和机器人的开发提供了技术支持。

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原文检索：Gaze and the Control of Foot Placement When Walking in Natural Terrain

（生物通：伍松）