发布时间：2024-07-16 16:10:25 栏目：精选知识
有人说，人类进化的下一步将是技术与肉体的融合。现在，研究人员已经利用虚拟现实来测试人类是否能感受到类似于镊子的假肢“手”的实体感——即某物是身体的一部分的感觉。他们在 6 月 6 日的《iScience》杂志上报告说，参与者对镊子手的实体感程度相同，而且在虚拟现实中完成运动任务的速度和准确性也比配备虚拟人手时更快、更准确。
“为了让我们的生物学与工具无缝融合，我们需要感觉到这些工具是我们身体的一部分，”第一作者兼认知神经科学家 Ottavia Maddaluno(@OMaddaluno )说，她与 Viviana Betti( @Viviana_Betti)和 Cosynclab的其他成员一起在罗马大学和圣卢西亚基金会 IRCCS 开展了这项工作。 “我们的研究结果表明，人类可以将移植的工具视为自己身体不可分割的一部分。”
先前的研究表明，使用工具会引发人类大脑的可塑性变化，使用拟人假肢也是如此。然而，一个悬而未决的科学问题是，人类是否可以体现出与人体解剖结构不相似的仿生工具或假肢。
为了研究这种可能性，研究人员利用虚拟现实对健康参与者进行了一系列实验。在虚拟现实环境中，参与者要么拥有一只类似人类的手，要么拥有一只“仿生工具”，类似于嫁接到手腕末端的一把大镊子。为了测试他们的运动能力和灵活性，参与者被要求戳破特定颜色的泡泡(用镊子或用食指和拇指捏泡泡)。对于这个简单的任务，研究人员发现，当参与者拥有镊子手时，他们戳破虚拟泡泡的速度更快、更准确。
接下来，研究小组使用一项名为“跨模态一致性任务”的测试来比较虚拟手和仿生工具的隐性或无意识体现。在这项测试中，研究人员对参与者的指尖施加轻微振动，并要求他们识别哪些手指受到了刺激。同时，虚拟现实屏幕上会显示闪烁的灯光，要么在与触觉刺激相同的手指上，要么在不同的手指上。通过比较参与者在匹配和不匹配刺激的试验中的准确性和反应时间，研究人员能够评估他们受到视觉刺激的干扰程度。
“这是大脑中感觉和所见之间的不匹配程度的指标，”马达鲁诺说。“但只有当你的大脑认为你所看到的东西是你自己身体的一部分时，这种不匹配才会发生;如果我不认为我通过虚拟现实看到的仿生工具是我自己身体的一部分，视觉刺激就不会产生任何干扰。”
在这两种情况下，参与者在匹配触觉和视觉刺激的试验中都能更快、更准确地识别出他们的哪根真实手指受到了刺激，这表明参与者对虚拟人手和镊子手都有一种具身感。
然而，当参与者用镊子而不是人手时，匹配和不匹配试验之间的差异更大，这表明非拟人化假肢产生了更强烈的具象感。研究人员推测，这是因为镊子手与人手相比相对简单，这可能使大脑更容易计算和接受。
“就捏合任务而言，镊子的功能与人手相似，但更简单，而且简单对大脑的计算能力也更好。”Maddaluno 说。
他们指出，这也可能与“恐怖谷”假说有关，因为虚拟人手可能过于相似但又截然不同，无法完美体现。
除了镊子手，研究人员还测试了扳手形仿生工具和握着镊子的虚拟人手。他们在所有情况下都发现了具身化的证据，但当镊子直接移植到参与者的虚拟手腕上时，参与者的具身化程度更高，而且比他们握在虚拟手中时更灵巧。
当参与者有机会在进行跨模态一致性测试之前探索虚拟现实环境时，他们还表现出对仿生工具的更高体验感。“在跨模态一致性任务中，参与者必须保持静止，而在运动任务中，他们积极地与虚拟环境互动，而这些在虚拟环境中的互动会引发一种主动感，”Maddaluno 说。
最终，研究人员表示，这项研究可以为机器人和假肢设计提供参考。“下一步是研究这些仿生工具是否可以应用于失去肢体的患者，”马达鲁诺说。“我们还想研究这种仿生工具在健康参与者和截肢者的大脑中能引起的塑性变化。”
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