不同加工水平下动作理解过程的认知神经机制

The ability to understand actions is an important factor in the success of human social interactions and a critical determinant of athletic performance in competitive sports. Action understanding depends upon identifying the concrete kinematics of movement as well as being able to infer the intention of the performer. However, these two levels of processing have not been examined comprehensively and an in-depth understanding of actions in an abstract level in particular is lacking. Based on our previous result that two brain pathways were involved in action understanding in athletes, we employed Event-related Potentials (ERPs) and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) to conduct a systematic study of the neurocognitive mechanisms underlying action understanding. The aims of this research are as follows: (1) explore the mechanisms by which individuals’ actions are perceived at concrete and abstract processing levels under different task conditions; (2) investigate the importance of implicated neural networks in action understanding across different levels to assess how brain mechanisms are related to action understanding ability; and (3) use a machine learning method informed by the brain mechanisms to establish a predictive model of brain activity in competitive sport performance. This work should provide guidance for the scientific elucidation of human-computer interactions in athletic training and enrich the theoretical basis of movement cognition.

动作理解能力是人类社会交往成功与否的重要因素之一，是决定运动员竞技运动成绩的关键。动作理解不仅是获知动作具体运动学信息的过程，还需要推测执行者的意图，然而目前综合考虑这两个加工水平，特别是在抽象层面下对动作意图理解的研究尚未深入。本项目基于前期“运动员动作理解过程涉及大脑双通路”的研究结果，利用事件相关电位和功能磁共振成像技术，系统研究动作理解过程的认知神经机制。研究具体为：(1)通过设置不同的情境任务，探究个体在具体和抽象两个加工水平下的动作理解过程机制；(2)通过拟合动作理解能力与大脑机制的相互关系，考察不同加工水平下大脑神经网络在动作理解过程中的重要作用；(3)利用机器学习的方法，基于获得的关键机制建立大脑活动对竞技运动表现的预测模型。研究结果将为科学实现人机交互以及运动训练提供指导，并完善动作认知的相关理论。

动作理解能力对日常生活和工作至关重要，尤其在竞技运动场景中对动作理解能力提出了更高的要求。前人研究针对动作理解的发生机制发现了动作经验及其在镜像神经系统上的感知运动表征作用，但根据申请人的前期成果和双通路模型，综合考虑具体和抽象两个加工水平，特别是在抽象层面下对动作意图理解的研究尚未深入，本项目通过三个研究对不同加工水平下动作理解的神经机制进行了探讨。.研究一（实验1）以日常生活中的简单动作观察过程为研究情境，通过比较符合常识和不符合常识动作诱发的大脑激活特征，发现并验证了前人关于镜像神经系统参与动作理解的结果，证实了动作理解双通路模型中的背侧通路。.研究二则以竞技运动领域中复杂动作识别过程为研究情境，在实验1的基础上，进一步探讨了动作经验在动作理解过程中的表征机制。结果发现了复杂动作识别过程激活了动作语义成分（实验2），并且在不同动作经验人群中得到了验证，同时，溯源分析结果也定位于腹侧通路语义系统的经典脑区（实验3）。另外，从大脑结构层面，利用弥散张量成像技术发现了专项动作经验对动作理解双通路白质结构的影响（实验4）。.研究三从因果关系角度深入挖掘动作语义经验对动作理解的影响及其表征表达，发现了言语语义加工与动作理解共享相同的语义表征资源（实验5），而这种语义表征资源与动作经验有关（实验6）。.综上，上述研究结果明确了动作理解的双通路表征机制，并且发现了动作语义对动作理解的直接影响效应，这可能是高水平运动员动作理解优势的关键因素。