Жизнь является постоянным уравновешиванием, особенно если Вы – канатоходец. Лучшие спортсмены делают поступь цирка, высоко телеграфируют, или низкое вывешивание slackline выглядят легкими, но они фактически манипулируют сложными проблемами восприятия и регуляции моторики. Теперь исследователи построили математическое объяснение того, как такие ловкие акробаты остаются вертикальными. Их вычисления указывают на теоретическое «приятное пятно» или оптимальные условия для человека для балансирования на линии с минимальным усилием.
Такая модель может помочь ученым лучше понять, как мозг и орган сотрудничают для осуществления трудных задач.Исследование произошло из мысленного эксперимента, поскольку исследователи в Гарвардском университете обдумали окончательную проблему балансирования.
Хранение устойчивого на постоянной доске или луче достаточно трудно, но веревка добавляет элемент дестабилизации движения. Веревка не только колеблется, но также и перемещается в ответ на движение человека, вынуждая ходока постоянно сменить положение. В этой шаткой обратной связи, «небольшие ошибки могут быть усилены очень легко», говорит автор исследования Л. Мэхэдевэн, прикладной математик и ученый.Исследователи создали простую модель человека на веревке с силами, массами, углами и скоростями, чтобы описать, как веревка и человек отвечают друг на друга.
Они также рассмотрели сенсорные системы, приводящие в готовность нас, когда наши органы начинают колебаться, включая наши глаза, органы нашего внутреннего уха и информацию об ориентации от наших лодыжек и коленей. В их вычислениях они предполагают, что быстродействующая информация о падении обеспеченного внутренним ухом достаточна, чтобы помочь канатоходцу сохранить его или ее равновесие.Бригада также обнаружила, что баланс влияния главной особенности является перекосом веревки. Трудная веревка с небольшим перекосом делает более быстрые колебания, тогда как свободная веревка с большим количеством перекоса делает больше, назад и вперед качается.
Между этими двумя сложными крайностями существует «приятное пятно» — оптимальный перекос приблизительно 3 футов, где балансирование является самым легким, исследователи сообщают онлайн сегодня в Журнале Интерфейса Королевского общества.Перекос веревки изменяется, поскольку человек идет по нему, и является самым замечательным, когда человек является промежуточным через. Канатоходец, находящий приятное пятно, может балансировать более легко, потому что там, «вся Ваша сенсорная информация о контроле может быть легко настроена на динамику веревки», говорит автор исследования Паоло Паолетти, прикладной математик.. «Время, когда Вы должны реагировать, совпадает со временем, когда веревка делает одно колебание».
Опытные балансировщики обнаружили этот оптимальный перекос через повторную практику, исследователи говорят: руководство для изучения slacklining приказывает новичкам устанавливать свои веревки осесть 3 или 4 фута в середине. «Математическая модель по существу преобразовывает это интуитивное понятие в количественное описание», говорит Мэхэдевэн. «Это делает предсказания, которые являются тестируемыми».Газета обращается к важной роли физической среды в сохранении равновесия, в дополнение к традиционному вниманию на нервную систему, сообщает Джона Мильтона, вычислительного нейробиолога в Клермонтском колледже в Клермонте, Калифорния, кто не был вовлечен в работу. «Это взаимодействие является хорошей вещью об этой бумаге».
Однако он говорит, реальный вклад исследования произойдет, как только его предсказания проверены с экспериментами. «Жюри отсутствует, идет ли, когда кто-то балансирует на slackline, нервная система фактически для оптимального раствора?»Авторы исследования пытаются ответить на тот вопрос в сотрудничестве с Франсиско Валеро-Куевасом, моторным нейробиологом в университете южной Калифорнии в Лос-Анджелесе. Путем снабжения оборудованием опытных slackline ходоков в Береге Санта-Моники с беспроводными устройствами, измеряющими движение и стабильность, исследователи проверяют, предлагают ли изменения стабильности вдоль slackline как модель.Валеро-Куевас говорит, что сложность идущего slackline обращается к нему, потому что «высокоэффективные поведения более вероятно связываются с эволюционной пригодностью, как спрыгивание с камня для раскачивания или сохранение равновесия на отделении».
Он добавляет, что изучение, как люди изучают и выполняют сложные задачи, показывает стратегии и ограничения мозга и органа в требовательных ситуациях. Это может обеспечить понимание ущерба и восстановления, говорит он. «Что нам очень просто сделать, как предпринятие шаги, кому-то, у кого был удар, может быть столь же сложным как изучение к slackline».