为什么棒球运动员可以凭直觉接住一个朝他飞来的球，这是如何办到的？ 知乎用户，行而上学 不行放学 我脑补了一下视频，是不是它表现了棒球运动员惊人运动技能，又快又准地接到了球。我想，如果放到运动心理学中，那就是运动领域中的预判与决策的问题。 我们先不看这个运动员是怎么完成接球任务的，我们可以先理解一下，把难度降低、把速度放慢，我们，做为一个非专业训练的个体，我们是怎么接住一个飞来的棒球的？ 为了知道在单手接球这样一个简单动作中，人们是怎么依赖信息（主要是指导抛球者的动作和球之后的飞行轨迹）进行接球的，Panchuk 和他的同事设计了一个实验，把抛球者的动力学信息和球飞行时的飞行信息进行分离，他们用了这样的装置： 接球者站在距离屏幕一定远的距离，然后屏幕上会放出投手的抛球动作，同时，会有一个实体球通过 ball machine（B）把球通过屏幕上那个洞把球送出来，接球者要把球接住，当然，接球时的动力学信息通过动作捕捉系统进行了记录。这个实验巧妙地设置了一个变量。就是屏幕上的动作和实际飞出的球存在“匹配”和“不匹配”这两个情况。比如，有时候你看到屏幕上的人很用力地抛出一个球，但洞里飞出的球可能速度特别慢，飞行的轨迹和抛的动作完全不吻合。这个研究作为一个行为学研究，它没有办法很深入地去探讨感知 - 运动系统的加工主要是依赖于背侧系统，还是腹侧系统；它最大贡献在于方法学上的改进，同时它也提示，一个最佳接球动作的完成，主要依赖于早期的动力学信息（抛球者的动作），并随着后期视觉信息（球飞行轨迹）进行修正完成。 所以，这个非常简单但很巧妙的实验，在一定程度上验证了 Konrad 团队的贝叶斯决策理论（K 是个大帅哥！）K 用网球接发球为例，说明影响决策发生的两个途径：先验经验（prior）和视觉信息（likelihood）。 （Konrad Körding, Nature, 2007） 这个理论的意思就是说，运动员他们在做决策判断球的落点的时候，是首先基于他们的运动员，在早期时做出预判，形成一个正态分布（绿色部分是基于经验判断的落点位置判断）；随着视觉信息不断完善，也形成一个正态分布（红色部分是基于视觉信息的落点位置判断），最终拟合形成了环形区域，也就是球最终的落点决策。 Konrad 给出这个贝叶斯决策理论，提供给我们了这么几个启发： 1）首先，无论是运动员也好，普通人日常生活中的预判决策也好，都应该是有着一样的原理。运动员只是一个特殊的案例，而不是说他们在大脑的功能或者结构上有什么普通人没有的结构。对于运动物体的判断，一样地是通过背侧和腹侧系统的激活来完成的； 2）其次，我们可以看到运动员的优势所在。因为运动经验所形成的那个正态分布较为理想，也就是他们在非常早期的时候，就能形成一个与最终决策就很接近的分布曲线，所以当后期视觉信息不断补充进来的时候，他们需要做的调整就非常少，他们就有更多的资源用于别的地方（比如，动作的控制、力量的准备、回球策略的制订等等）； 3）最后，必须要注意到一点的是，球场上球的飞行速度非常的快，当我们在探讨这些过程的每一环节的时候，实际的发生甚至有可能远小于 1 秒钟，特别是像网球、乒乓球这样对抗性又攻防转换极迅速的运动项目。当然棒球也是。 所以，回到正题。棒球选手接住一个球，题主用了直觉，也确实在早期对运动专家预判和决策的研究当中，“直觉”常会被提及，它和知觉不同，它的发生是在极短的时间内产生的。但现在的文献中很少再将这个过程用直觉描述，更多的是关注在“感知 - 运动”的加工和交互作用是（perceptual motor processing）。 在这个预判的过程中，有一个叫“镜像神经元”的家伙非常重要。运动专家的优势在哪里？因为他们有丰富的运动经验，这些运动经验形成丰富的运动表征，当对手做动作的时候，因为“镜像神经元”的激活，运动专家大家的运动区快速的激活，哪怕当信息只剩下动力学信息（肢体动作）甚至肢体动作换成光点，这些运动专家依然能用极少的信息做出极准的判断。但是这个技能只能在他们自己的专项领域内有效，换一个运动项目就会失效，失效的直接原因就是运动经验不足，原有项目的相关经验是不支持迁移的。 除了对于感知觉加工的能力很强，也就是前面一直在说的预判的能力很强以外；运动专家在动作控制上也非常强。我想，视频里面的棒球手，他除了准确判断了球的飞行轨迹以外，他还要控制自己的身体动作，进行相应反应。所以运动专家在动作控制上一样必须具有优势，这个动作控制并不像人们传统理解中所说，运动员都是“四肢发达”，试想，四肢同样由大脑控制，在这样的运动环境下，一点点的差别就能产生非常大的运动结果，所以，要这么精准地回球或接球，大脑中管理运动控制的区域也必须超过常人，所谓运动系统。 综合来讲，感知觉的优势和动作控制的优势是基础，而将感知系统和运动系统之间的协同作用发挥到极致，才能成就一个惊人的直觉接球。在我们的大脑中，有两条通路，一个腹侧通路，也叫枕颞通路，它与明确的意识有关，加工过程主要依赖于非自我中心的信息，参与对客体、事件和场所的感知；另一条叫背侧通路，也叫枕顶通路，它的表现是无意识的，特点就是加工快，需要迅速地探测和筛选所需要的信息，这个过程中，人们不需要去意识自身的肢体动作。因此，这两个视觉通路之间的协调作用的强弱直接影响了运动员在动作技能表现上差异。除了两个通路，还有一个网络，额 - 顶功能网络，它的作用是将感知觉信息转换为动作输出提供了结构基础。所以，当前的大量关于“感知 - 运动系统”的研究，集中于这两个通路和一个网络上。 运动领域的研究中非常有意思的一点是，运动情境是一个非常动态的过程，和认知心理学或者实验心理学的研究比起来，它的刺激非常的复杂，如果要保证生态效度就会对变量的剥离造成困难，但又如果要保证实验的单一变量，又会极大地脱离运动的情境。因此，运动心理学在研究认知加工过程的时候，就会有一些很特别而有趣的技术手段（嗯，挖坑，以后有合适的地方再讲），又因为他的研究对象也可以很有趣，比如专家水平上，顶尖的（国家队，世界冠军），中间的（国家二级啊，从小练又不突出的），完全不会的；再比较专业角度上，练得很好地（运动员），看得很好的（狂热爱好者，体育记者），不看又不练的。这个意思是说，我们研究为什么这个棒球手接得住的时候，无非两个角度，感知觉和运动系统，而上面这些群体恰恰可以很好地代表不同经验程度的人。所以啊，运动领域其实是为我们理解人类复杂动作的完成提供了极好的条件。 嗯，一句话总结，这个棒球手能完成得棒棒得，只是因为他练得多，但不是手熟，而是大脑熟悉；并且这些练得多让他的大脑在加工同样的运动信息时比我们的大脑表现得更加出色；也像楼上匿名截图的，但实际可能在球飞出来之前，他就已经完成判断，而且判断得还非常准确啦！ Ruyuan Zhang，不纠结的脑与认知科学工作者 @yzlovekid 说的很正确，两句话来概括的话，就是 1. 人类经过长期的进化，在大脑发达程度，尤其是手眼协调能力上，远远超过一般灵长类生物，也许你可以举出某些动物在某一方面超越人类，但是综合来看，它们都是渣渣……不然怎么我们是这个星球的主宰呢？远古时代那么多毒虫猛兽，人类要是不牛掰，你爷爷的爷爷的爷爷的爷爷早就挂了…… 2. 哪怕人类先天已经很牛掰了，后天训练也非常重要。不然乔丹科比之流投篮都是靠玩出来的？职业运动员巨大的练习量保证了他们的感知觉和运动控制能力非同一般人。至于运动员们日复一日的打磨自己的身体素质，也才有詹姆斯 C 罗这些牲口一样的运动员，速度，平衡力，爆发力都是极其出色……之前的答案也讲了科学界的研究。 下面补充两点： 第一点，通常以为完成某项任务，你天天练习任务本身就好了。可是 Deveau et al (2014) 发现在实验室里面的训练，提高视觉能力的同时也提高了大学棒球选手实际比赛的成绩。简而言之，在实验室里面一些设计好的专门训练，也可以让你提高你实际棒球能力。 Deveau, J., Ozer, D. J., & Seitz, A. R. (2014). Improved vision and on-field performance in baseball through perceptual learning. Current Biology, 24(4), R146-R147. 第二点，这也是我主要想补充的， 就是无意识运动控制 回到之前，人类之所以进化的今天，除了有很复杂的皮层通路 (也就是前面所说的背侧腹侧通路,一般认为视觉运动信息，空间判断和运动控制都在背侧顶叶), 还有皮层下通路， 比如下图中的 Superior Colliculus (SC)- Pulvinar - Posteror parietal cortex. 图片来源：Philosophy and cognitive science 为什么在常规的 LGN -Primary Visual Cortex - Posterior Parietal Cortex 之外还要加上这么一条呢？简单来说就是, 你太慢！！！！！！！！！！！ 设想这样一个场景，你爷爷的爷爷的爷爷的爷爷走在深山老林里，突然一只猛兽从侧面扑向他， 这个时候，他从初级视皮层开始，先分析视觉信息，再到 middle temporal 深加工视觉运动信息,然后再到 LIP (某个顶叶区域) 组成知觉，然后可能信号送到 FEF （眼动控制）和 prefontal cortex，然后你大爷定睛一看，哇，一只白额吊睛猛虎是也，然后 prefontal cortex 要思考一下，俺该怎么办呢？ 仔细比较了下自己成为武松的可能性，这不划算……再然后 prefrontal cortex 发出控制信号到 motor cortex，再再然后 motor cortex 发出信号到外周神经系统，最后你大爷的腿终于迈出了第一步…… 各位看官包括我自己的反应是不是……妈蛋，你 Y 快跑啊！ 可是皮层通路就是这样的啊，俺就是很慢啊。没办法，这就需要另外一条通路，能够无意识的探测到危险信号，尤其是突然快速奔向自己的物体，然后不加思索的做出反射性反应。这条通路对运动的信息和自己运动控制没有那么精确，但是就是一个字， 快！！！ 别问我为什么人类会发展出这样一条通路，原因很简单，没这条通路的人……都挂了。这是达尔文说的。 一个很著名的例子就是观海同志被扔鞋，然后灵巧躲过 图片来源:Posts about michelle obama watch on M.O.M.B. 2 IS HERE! 这个例子在当年也激发了学术界的一些兴趣，Lin et al (2009) 等人研究了当一个东西运动方向是撞向实验参与者头部的时候，这个物体会自动吸引注意，反应时会更短。关键点是，所有的视觉刺激都是无意识刺激，被试感觉不到，但是被试还是能对那些危险信号做出更快的反应 图片来源： Lin, J. Y., Murray, S. O., & Boynton, G. M. (2009). Capture of attention to threatening stimuli without perceptual awareness. Current Biology, 19(13), 1118-1122. 简而言之，多条通路分别对应于不同的任务，至于多条通路之间怎么转化，以及训练多了是不是就从一条通路转到了另外一条通路，目前还不清楚，也是当下研究的热点。 查看知乎原文
