知覚情報の遮蔽と脳のダイナミクス

迅速かつ正確な反応選択のための刺激の識別と行動結果の理解は、ラケット スポーツにおいて基本的な役割を果たします。ここでは、空間オクルージョンプロトコルを使用して対戦相手の身体に関連する姿勢および運動学的情報を操作するテニスにおける視覚的予測の神経力学を調査しました。イベント関連ポテンシャル（ERP）は、異なるレベルの専門知識を持つプロテニスプレーヤーの 2 つのグループ（N = 37）で評価され、対戦相手の写真を観察し、着地の位置をできるだけ早く正確に予測しました。観察された動作は、対戦相手のさまざまな体の部位 (脚、ボール、ラケットと腕、胴体) を削除することによって操作されました。全身画像（オクルージョンなし）を対照条件として使用しました。体幹とボールの組み合わせでは、最悪の精度と最も遅い応答時間が観察されました。前者は、身体処理（右半球のN1）および視覚運動統合意識（pP1）に関連している可能性が高いERP成分の振幅の減少、および後期前頭陰性（pN2）の増加と関連していました。 おそらく最も正確な感覚運動表現を回復および/または完成させようとする島による努力を反映していると考えられます。どちらの閉塞でも、pP2 の減少は、感覚証拠の蓄積後の行動実行時の意思決定プロセスの障害を反映している可能性があります。P3 成分と pN2 成分の振幅の増大は、より経験豊富なプレーヤーで見られ、感覚のエンコーディングと応答の実行、および感覚運動表現を接続するプロセスにおいてリソースがより多く割り当てられていることを示唆しています。
このタスクは実際の環境で実行されたわけではありませんが、現在のデータは、体幹とボールからの情報がテニスの予測において重要な役割を果たしており、これらが欠けている場合には最悪のパフォーマンスが達成されることを裏付けています。身体情報が欠落している閉塞による刺激情報の欠陥は、初期の感覚処理には影響を与えませんが、身体処理と感覚運動意識に関連する活動、つまり、身体の情報が失われるプロセスに影響を与えます。

動的な情報を妨げる行動は、厳しい空間的および時間的制約の下で行われます。ここでは、片手でのキャッチングにおける予測の基盤となる行動プロセスを、空間的および時間的な遮蔽デザインを実装するための新しい技術を用いて調査しました。ボールを投げる俳優のビデオ映像を操作して、四つの時間的なおよび五つの空間的な遮蔽条件を作成しました。12人の参加者の手の動きと視線行動のデータが記録されました。これらの参加者は、ビデオ映像と同期して投影されたボールをキャッチしようとしました。キャッチングのパフォーマンスは、映像の早い遮蔽とともに低下しました。キャッチングの手の動きの開始と視覚的なボール追跡の開始は、投げるアクションの後の時点で映像が遮蔽された場合に早くなりました。空間的な遮蔽はキャッチングの成功に影響しませんでしたが、俳優の視覚的情報が増えたときにキャッチング手の動きの開始が遅くなりました。遅い動きの開始は、キャッチング手の最大速度が大きくなることで補われました。アクションの最終段階（例：手の掴む動作）は、空間的および時間的な条件の両方で変わらず、投げ手のアクションとボールの飛行情報からの運動情報を使用してアクションの後半が組織されていることを示唆しています。研究結果は、妨げる行動の実行中に情報と運動の結合を維持する重要性を強調しており、運動行動は投げ手のアクションとボールの飛行情報からの運動情報を使って連続的に再構成されました。

時間的条件からの研究結果は、ボールがリリースされる直前に俳優の視覚情報を見ることの重要性を示唆しています。キャッチング手の動きの開始は、より知覚情報が利用可能なとき（すなわち、後の時点で）早く現れました。時間的な遮蔽条件T1およびT2では、ボールがリリースされるまでキャッチング手の動きの開始は発生しませんでした。これに対して、条件T3およびT4では、キャッチング手の動きの開始がボールのリリースの前に発生しました。López-Molinerら（2010）は、投げるアクションの初期段階（例：T1およびT2）で投げ手の手を見ることは、リリースの直前やリリース時（例：T4）よりも効果が低いと主張しています。彼らは、ボールがリリースされる正確な瞬間に敏感であるため、ボールのリリースを見ることが重要だと提案しています。ボールの視覚的な追跡遅延は、最初の遮蔽条件（T1）では最後の二つの遮蔽ポイント（T3およびT4）と比較して遅れていました。これは、ボールのリリース直前（つまり、T3およびT4中）に投げ手からの知覚情報にアクセスできることが、参加者がボールのリリースを正確に予測し、ボールの追跡を早期に開始できるようにしたと示唆しています。T3およびT4での早期の追跡遅延は、結果として参加者がトータルボールの飛行をより長く追跡できるようになり、キャッチングのパフォーマンスの向上の理由となり得るかもしれません。ボールの追跡は、視線固定から測定されましたが、以前の研究では個人が周辺視野を使用してボールの軌道を追跡できることが示されています（Croft、Button＆Dicks、2010参照）。将来の研究では、参加者が視線固定前に複視的な追跡を使用してボールを追跡できるかどうかを調査することが提案されています。

この研究の結果は、López-Molinerら（2010）が報告した結果を支持し、投げ手のアクションの視覚情報がボールのリリースに近い場合、早い動きの開始が可能になる可能性を示唆しています。投げ手の視覚情報が早い段階で遮蔽された場合、参加者はアクションを適応させるためにボールのリリース後の情報に頼ることを余儀なくされました。この結果から、動きの開始が遅れた場合（例：T1とT3、T4を比較して）、キャッチングアクションは最大速度が増加した状態で実行されました。参加者はボールの飛行情報よりも先進的な運動情報に基づいて行動を調整する必要があったため、後の動きの開始となり、それによって参加者は手をより迅速に移動させ、キャッチを確実にするための正しい位置に手を配置しました。T1およびT2での速度の増加は、ボールのリリースからMinGAまでの総運動時間が四つの時間的遮蔽条件全体で同様である結果をもたらしました。これらの結果から、成功したキャッチのためには、参加者はボールの位置を予測するために十分な時間を確保するだけでなく、アクションを成功裏に実行するためにも十分な時間を残さなければならないことが示唆されます。データは、更新された知覚情報の使用に基づいて動きを連続的に再調整できることを示した以前の研究の結果を支持しています（Smeets＆Brenner 1995; Brenner＆Smeets 2009）。ただし、調査結果は、参加者がボールの位置を予測するための知覚情報に焦点を当てると同時に、動きの組織を開始するという機能的な適応が可能であることも示しています。しかし、初期の遮蔽条件では重要な知覚情報を待たなければならないため、動きの組織を開始する時間が減少し、キャッチの成功が減少する可能性があります。キャッチング動作の後半のフェーズからの変数（つまり、手の握る動作のMaxGA、Time to MaxGA、MinGAなど）の値は、四つの時間的な遮蔽条件全体で同じでした。キャッチングアクションの一貫した後半のフェーズにより、T4でT1およびT2と比較して総運動時間（つまり、動きの開始からMinGAまでの時間）が長くなりました。この遅いかつより制御された動きと、ボールの視覚的な追跡の増加は、キャッチングのパフォーマンスの向上の基盤となると提案されています。

これらの結果は、ヒッティングなどの運動を妨げるアクションのパフォーマンスに関する以前の研究の結果と照らし合わせて解釈することができます（例：Hubbard＆Seng、1954; Ranganathan＆Carlton、2007）。これらのデータは、ボール飛行前の動きの情報が、時間の制約のある妨げるタスクのパフォーマンスにおいて総体的な体の向きにとって重要であり、その後の目標の妨げに対する微調整にはボールの飛行情報が必要であることを示唆しています（Montagne、2005）。キャッチングのパフォーマンス中、初期の腕や手の大きな動きによって正確な位置に適切な速度で移動することは、進んだボール飛行前の情報に基づいていると提案されます。この提案は、参加者がより進んだ視覚情報にアクセスしたときに動きの開始時間が早く、速度が遅くなるという私たちの証拠によって支持されています。その後のより微細なアクション、例えば握りの大きさやタイミングなどは時間的遮蔽に影響を受けず、したがってボールの飛行情報によって調整されていると思われます。提案されるところでは、パフォーマーにかかる時間の制約が増加するにつれて（すなわち、ボールの速度が速くなるにつれて）、ボール飛行前の視覚情報の重要性も増加するでしょう（Stone et al.、2014bも参照）。時間的な遮蔽の操作とは対照的に、空間的な遮蔽条件ではキャッチングのパフォーマンスに差は見られませんでした。ただし、手の動きと視線行動に変化が現れ、これにより適応的な行動がボールリリース前の視覚情報に依存していることが示唆されます。これらの結果は、パフォーマンス環境での情報の持続的な知覚が、適応的で機能的な行動の出現をパフォーマンスの目標を達成するために制約するという考えを支持しています。ここでは、情報制約が投げ手の体の一部を遮蔽することで操作されたため、キャッチング手の動きの開始が適応しました。
キャッチングアクションの後半の段階（つまり、MaxGA、Time to MaxGA、MinGA）は、時間的および空間的な遮蔽の操作のいずれにも影響されず、これらのアクションがボールの飛行情報に密接に適応されていることを示唆しています。遮蔽された体と体-頭の条件での動きの開始が遅れた結果、手の動きがボールの飛行情報に（再）組織され、非遮蔽および投げる腕を遮蔽した条件と比較して総運動時間が短縮されました。より多くの知覚情報が利用可能なときに動きの開始からボールに接触するまでの時間が長くなる観察結果は、関連する高度な視覚情報へのアクセスがパフォーマーにより大きな動きの時間を提供し、これが複雑で時間的に要求されるパフォーマンス制約の下での効果的な妨げにおいて重要な要因である可能性を裏付けています。研究結果はまた、動きの開始の時間が変化しても、後の段階でアクションを柔軟に適応させ、妨げに対して精密な操作が可能であることを強調しています。したがって、マイクロムーブメントに優れた実験プロトコルは、スキルのあるアクションのこの重要な側面を無視し、実験結果の一般性をかなり低下させる傾向があります。

モデルの行動の先行視覚情報が動的な行動の出現を導くことを示す証拠を提供しています。モデルのアクションの初期段階で情報が時間的に遮蔽されると、キャッチングのパフォーマンスには否定的な影響がありました。キャッチング手の動きの開始と最大速度は時間的な遮蔽によって制約され、後の遮蔽ポイントで遅れた開始とより大きな速度が現れました。妨げる行動のすべての要素が同じ方法で制約されたわけではありませんでした。例えば、握りの段階は時間的な遮蔽に影響を受けず、代わりにボールの飛行情報に適応されました。知覚情報が空間的に遮蔽されると、視線行動と動きの開始の両方が利用可能な高度な情報によって制約されました。ただし、熟練したキャッチャーは、これらの視覚情報源の削除に対応するために、視線と動きの両方を変更することで行動を共同適応させることができました。これらの行動の適応は、妨げるスキルを単にボールの飛行前の情報だけに基づいて評価する研究に重要な示唆を提供しています。ここで提示したデータは、運動の調整に関する実験的な作業において知覚-行動の結合が維持される必要があることを示唆しています。今後の研究では、投影されたボールの軌道や方向を変化させることが、出現する視線と動きの行動をどのように変えるかを調査する必要があります。我々の研究結果は、キャッチングなどの妨げる行動が、情報が利用可能になるにつれて連続的に（再）組織され、適応され、最初に投げ手のアクションの運動情報を使用し、次にボールの飛行情報に基づいてパフォーマンスを適応させていることを示唆しています。