11/04/2023
Door Ad Spijkers
Sporten tegen robot-achtige tegenstanders laat onze hersenen harder werken.
Wekenlang diende Amanda Studnicki, een afgestudeerde studente aan de Universiteit van Florida in Gainesville, tegen tientallen spelers op een tafeltennistafel. Haar tegenstanders droegen een hoofddeksel met elektroden die van hun hoofd in een rugzak liepen (foto) terwijl ze tegen Studnicki of een serveermachine speelden.
De cyborg-look was essentieel voor haar doel: begrijpen hoe onze hersenen reageren op de intense eisen van een snelle sport zoals tafeltennis - en welk verschil een machine-tegenstander maakt.
Verschillende reacties
De onderzoekers ontdekten dat de hersenen van tafeltennissers heel anders reageren tegen menselijke en machine-tegenstanders. Geconfronteerd met de ondoorgrondelijkheid van een ballenmachine, werken de hersens van de spelers in hoogspanning, in afwachting van de volgende service.
De bevindingen hebben implicaties voor sporttraining: menselijke tegenstanders bieden een realiteit die niet kan worden vervangen door machines. Naarmate robots steeds gewoner en geavanceerder worden, zou het begrijpen van de reactie van onze hersenen kunnen helpen om onze kunstmatige metgezellen natuurlijker te maken.
Mensen die met robots werken, zullen anders reageren dan wanneer ze met andere mensen omgaan. Het lange termijn doel is om te proberen te begrijpen hoe de hersenen op deze verschillen reageren.
(Tafel)tennis
De onderzoekers hebben lang de reactie van de hersenen op visuele signalen en motorische taken, zoals lopen en rennen, bestudeerd. Ze waren op zoek naar een upgrade naar het bestuderen van complexe, snelle actie toen Studnicki met haar tennisachtergrond zich bij de onderzoeksgroep voegde. Maar te grote bewegingen – vooral hoge bovenhandse slagen – vormden een obstakel voor de ontluikende technologie.
Dus hebben de onderzoekers afgeschaald naar tafeltennis en dezelfde vragen gesteld die ze eerder voor tennis hadden. Ze moesten de kleinere en snellere bewegingen van tafeltennis nog compenseren. Ze verdubbelden het aantal elektroden in een typische hoofdeksel voor een hersenscan, waarbij elke bonuselektrode controle bood over de snelle hoofdbewegingen tijdens een tafeltenniswedstrijd.
Met al deze elektroden die de hersenactiviteit van spelers scannen, konden de onderzoekers afstemmen op het hersengebied dat sensorische informatie omzet in beweging. Dit gebied staat bekend als de pariëto-occipitale cortex.
Zintuigen
Een speler heeft al zijn zintuigen nodig – visueel, vestibulair, auditief – en die geven informatie over het maken van een motorisch plan. Het is veel bestudeerd voor eenvoudige taken, zoals reiken en grijpen, maar deze zijn allemaal vrij stationair. De onderzoekers wilden begrijpen hoe het werkte voor complexe bewegingen, zoals het volgen van een bal in de ruimte en het onderscheppen. Tafeltennis was hiervoor perfect.
De onderzoekers analyseerden tientallen speeluren tegen zowel mens als machine. Als iemand tegen een ander mens speelde, werkten de neuronen samen alsof ze allemaal dezelfde taal spraken. Als ze tegenover een balserveermachine stonden, waren de neuronen in hun hersenen niet op één lijn met elkaar. In de wereld van de neurowetenschappen staat dit gebrek aan afstemming bekend als desynchronisatie.
Het team vermoedt dat de hersenen van de spelers zo actief waren tijdens het wachten op robotservices omdat de machine geen aanwijzingen geeft over wat ze vervolgens gaan doen. Wat duidelijk is, is dat onze hersenen deze twee ervaringen heel anders verwerken. Dat doet vermoeden dat trainen met een machine misschien niet dezelfde ervaring biedt als spelen tegen een echte tegenstander.
De onderzoekers zien nog steeds veel waarde in het oefenen met een machine. Maar machines zullen de komende tien of twintig jaar evolueren en we zouden meer natuurlijk gedrag kunnen zien waar spelers tegen kunnen oefenen.
Foto: University of Florida