ロボットの敵と対峙すると、卓球選手の頭脳は高揚する

電極がちりばめられたキャップをかぶった卓球選手が対戦相手を見つめる。 これは生身の敵ではありません。 テーブルの向こう側にあるロボットの金属バレルが数秒ごとにボールを発射します。 本日 eNeuro に掲載された研究によると、人間の敵と対戦する場合と、マシンの冷静な計算スキルと対戦する場合では、プレイヤーの脳は異なる反応を示します。

この研究には脳イメージングが現実世界の競争環境に導入されたと、この研究には関与していないLUNEX大学の神経科学者兼スポーツ科学者であるThorben Hülsdünker氏は述べている。 「コンピューター上で作業を行う標準化された研究室で得られた結果を、コート上の状況に適用できるかどうかは常に疑問です」と彼は言う。

ヒュルスドゥンカー氏のようなスポーツ科学者は、脳波図 (EEG) やその他の脳画像技術を長年使用して、研究室でのパフォーマンス中にエリートアスリートの脳活動がどのように変動するかを研究してきました。 より自然な環境でこの脳活動を追跡するために、彼らはアスリートに脳内の電気パルスを測定するEEGキャップとポータブルバックパック画像装置を装備させた。 過去に研究者が激しい活動中の活動を記録するためにEEGキャップを使用しようとしたとき、その動きによりデータに多くのノイズが入力されました。 これを回避するために、フロリダ大学 (UF) のグループは、通常の 16、32、または 64 個ではなく 120 個の電極を備えた高密度の電極を備えた EEG キャップを開発しました。追加の 120 個の電極により、データ内のノイズが測定されるため、ノイズキャンセリングヘッドフォンと同じように、真の脳信号から減算されます。

「これは、頭の中の小さな空間に非常に多くの電極が配置されていることを意味します」と、大学の神経科学者であり、この研究の共著者であるダニエル・フェリスは言う。

研究者らは最初にテニスコートでキャップをテストしたが、選手の首や体の急激な動きのため、正確な記録を取得することが非常に困難だった。 そこで研究者らは、より小型の卓球に目を向けました。 この研究の共著者で大学大学院生のアマンダ・スタドニキ氏によると、キャップが設置されていると、選手はボールをサーブするロボットか人間のどちらかと対戦することになるという。

いずれにせよ、プレーヤーがサーブを受ける直前に、視覚的な手がかりと動きの計画と統合に関与する領域の脳活動が急増しました。 人間の敵と対峙するとき、これらのニューロンは通常一斉に発火し、脳がアイドル状態にあることを示します。 しかし、ロボット相手では、プレイヤーの脳活動は異なって見えました。脳細胞が異なるタイミングで発火し、あまり調整されていませんでした。 本質的に、より不可解な相手に直面したとき、脳はボールがいつ到着するかを把握しようとして、計算と予測を行うのに忙しいのです。 これにより、期待と注目の状態が高まりました。

「マシンがボールを発射して遊んでいるとき、脳はまったく異なる種類の状態になります」とフェリス氏は言う。

卓球選手を含む多くのエリートアスリートは、すでにトレーニングにマシンを使用しています。 しかし、この研究は、この練習が人間の敵と対峙することを完全には模倣していない可能性があることを示唆している、と著者らは指摘している。 「自分が演じなければならないものの表現にできるだけ近づきたいと思うのです」とフェリスは言う。 「（ロボットと対峙したときの）これらの領域の多くで脳のダイナミクスがどれほど異なっているかを考えると、あまり相性が良くないと思います。」

それでも、スタドニキ氏は「ロボットは便利です。多くの繰り返しができるので、それでも価値があると思います。」と述べています。 しかし、人間を相手にしたトレーニングでは「ロボットでは得られない、より大きな変動性」が得られる。

なぜ脳がロボットに対して異なる反応をするのかはまだ明らかではありません。 著者らは、マシンのボディーランゲージの欠如が異なる反応を引き起こすのではないかと推測している。

この携帯用キャップは、スポーツ以外にも、健康な人やパーキンソン病などの運動障害を持つ人の日常生活における運動中の脳活動を監視するために使用できる可能性があります。 一方、フェリスは卓球での第一歩を踏み出せたことをうれしく思っています。 「[これは]良いテストベッドです。…これは、脳が何をしているのかを実際に理解できるかどうかをテストする方法です。」