走路看遠一點！論視覺如何引導運動

德州大學奧斯汀分校的研究人員使用了新型技術追蹤視覺如何引導腳的放置方式。今年4月，他們在《Cell》發表文章，為確定行走時大腦中真正發生的事件奠定了一塊基石。

想要平穩有效地在地面行走，需要視覺和身體運動的精準協調。直到現在，有關視覺和運動的研究都是在可控的實驗室環境中進行的獨立實驗，所以，我們對現實社會各種神經和生理系統如何協調導航的理解還很受限。

德州大學奧斯汀分校的研究人員使用了新型技術追蹤視覺如何引導腳的放置方式。今年4月，他們在《Cell》發表文章，為確定行走時大腦中真正發生的事件奠定了一塊基石。

「視覺引導行走研究的美妙之處在於，它涉及到我們感知層面的每一個層次。要真正地了解它，你需要知道視覺如何工作、如何計劃工作，以及肌肉如何工作，」博後研究學者Jonathan Matthis說。

Matthis的研究結合了新型運動捕捉和眼動追蹤技術來跟蹤兩種不同機制的工作模式。研究人員在一個電焊面罩（遮擋紅外相機免受光照）周圍安裝了一個眼追蹤器，又利用運動追蹤服裝記錄凝視等全身運動來校準人眼追蹤器，最後讓受試者帶著面罩穿著服裝在平坦、中等和崎嶇的路面地形上進行導航測試。

「眼動是認知的窗口，包含豐富信息，」Matthis說。「通過追蹤眼睛，我們可以清楚地看到中樞神經系統完成特定任務時所需的信息。」

研究人員發現，在不同地形上，受試者們都表現出了典型的行走和注視模式：平坦路面步幅較大，行走速度較快，眼睛注視地面的時間只有一半，而且是簡單的掃描確認是否存在即將可能遇到的障礙。

在中等路面和崎嶇地形上，步幅越來越小，越來越慢，而且步履更具變化。90%的時間視線都精準地落在即將踩踏的立足點上。中等地形，受試者主要關注未來兩步之內的落腳點；崎嶇地形，受試者的視線需要在2至3步落腳點之間進行權衡，以便做出更長期的路徑規劃。

最意想不到的是，在所有三個地形中，受試者總是相對現在的落腳點往前多看1.5秒，這體現了運動行為的前瞻性，表明這段時間對人類運動起重要作用。

「持續的前瞻時間表明步行者正在維持某種全局運動策略，」Matthis說。「步行者使用目光確保他們總是知道接下來1.5秒會發生什麼。」

「良好的行動決策不僅需要良好的感官數據，還需要計算行動的成本和收益，」他說。「把同樣的實驗工具搬到現實社會，我們就能解讀人類在自然環境中的行為。」

這項研究為更好地治療運動性損傷（如中風、衰老和帕金斯）鋪平了道路，為假肢和機器人的開發提供了技術支持。

原文標題：

Gaze and the Control of Foot Placement When Walking in Natural Terrain

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