手持物体的感觉运动失调而非转动惯量导致大小-重量错觉及重量感知

本研究通过两项实验探讨了转动惯量(I)对手持物体重量感知及大小-重量错觉(SWI)的影响。研究人员采用3D打印球体精确控制质量分布，结合力传感器记录抬升动力学数据，发现转动惯量对重量感知无显著影响，而抬升力与感知重量显著相关。该研究挑战了动态触觉理论的核心假设，为SWI的感觉运动失调机制提供了直接证据，对理解人类感知系统的适应性机制具有重要意义。

　　

重量感知作为人类与环境交互的基础能力，自19世纪Weber的研究以来持续引发学界关注。其中大小-重量错觉(SWI)现象尤为奇特——当人们举起外观不同但质量相同的物体时，较小的物体总被感知得更重。传统理论认为转动惯量(I)是解释SWI的关键，该物理量描述物体抵抗旋转状态改变的特性，Amazeen & Turvey(1996)曾通过杆状物体实验提出，转动惯量的差异直接导致重量感知变化。然而这种解释存在明显局限：日常生活中大多数手持物体并非长杆状，且转动惯量效应在小型物体中可能被弱化。

为验证转动惯量理论的普适性，La Trobe大学的研究团队在《Cognition》发表创新研究。他们设计了两组精巧实验：首先通过10个外观相同但内部质量分布可调的球体(直径10cm，质量205.7g)精确控制转动惯量；其次构建三组SWI刺激物(大小球体各3种质量分布)，结合力传感器平台记录抬升动力学参数。研究采用绝对量值估计法测量感知重量，通过Butterworth滤波处理力数据，运用重复测量ANOVA和贝叶斯分析进行统计验证。

实验1结果显示，尽管球体间转动惯量差异高达46%(1.38×10^-4至2.02×10^-4 kg/m³)，但感知重量无显著变化(F=1.37,p=.242)，贝叶斯因子(BF₁₀=0.1)强力支持零假设。实验2成功复现经典SWI效应(η_p²=0.86)，但质量分布类型仅产生微弱影响——与预期相反，中等转动惯量的均匀分布小球反被感知更轻。关键发现是抬升力率与感知重量显著负相关(r=-0.91,p=.013)，证实感觉运动预期偏差在SWI中的核心作用。

这项研究通过多角度证据挑战了转动惯量理论的普遍适用性。首先，实验1证明在自然持握条件下，转动惯量变化不影响重量感知；其次，实验2显示SWI强度与质量分布无预期关联，Even组数据甚至出现反向趋势。研究同时揭示了动作动力学的重要作用：较大的物体因预期较重而被施加更大抬升力，导致实际加速度超过预期，这种感觉运动失调(sensorimotor mismatch)最终产生"更轻"的错觉。该发现为理解感知-动作耦合机制提供了新视角，提示经典动态触觉范式可能高估了转动惯量在日常感知中的作用。

从方法论看，研究创新点在于：采用球体消除方向性偏差，基于本征属性计算转动惯量，允许自由交互方式。这些设计有效区分了特定实验范式效应与普适性感知机制。未来研究可进一步探索不同物体几何形状和交互方式下的惯性效应，以及认知预期与感觉反馈的整合机制。这项成果不仅深化了对SWI的理解，更为触觉感知理论的发展提供了重要实证基础，提示感知系统的适应性可能更多依赖于动作与预期的动态校准，而非静态的物理参数表征。