在棒球比赛中，一个球只需要400毫秒就能到达本垒板。典型的反应时间为200毫秒，挥棒时间约为150毫秒，击球手必须仅根据球飞行的前10%至20%来决定是否挥棒以及如何挥棒。在这一点上，投球的速度和轨迹仍然有很多不确定因素。然而，职业棒球大联盟的击球手仍然有大约25%的时间能击中球。40%如果是壮年的泰德·威廉姆斯或者托尼·格温。

　　击球手和其他运动员如何处理这些不确定的信息，长期以来一直吸引着科学家。

　　这些壮举背后的机制是海洋与海洋学院生物工程戈登·麦凯教授阿尔侯赛因和莫里斯·史密斯新研究的核心。这项研究最近发表在《eLife》杂志上。

　　这项研究解决了一个长期存在的问题，即当最终目标不确定时，大脑是如何选择要执行的动作的，为神经系统的运动规划提供了基本的见解。

　　史密斯说:“在现实世界中，我们经常与动态环境互动，这些环境可能以不可预测的方式迅速变化，因此，了解我们驯服这种不确定性的机制对于理解大脑用来实时选择和计划我们的行动的机制至关重要。”

　　先前对不确定时期运动计划的研究表明，大脑为所有潜在的目标并行准备，并将运动计划平均，以产生一个中间运动，随着额外信息的可用性而得到改进。如果是这样的话，击球手的大脑就会对所有可能的击球区进行平均，并根据这个平均值产生一个挥棒，然后随着球越来越近，挥棒逐渐展开，稍微调整一下。

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　　但这就是大脑真正在做的吗?

　　“虽然中间运动被广泛观察到，但它们可能反映了神经系统在每个时间点上对单个最佳行动选择的决定，”Alhussein说。“在我们的研究中，我们使用一种新颖的实验系统地分离了这些可能性，发现当面对不确定性时，人类会产生一个单一的运动计划来优化任务表现，而不是平均潜在的运动计划。”

　　研究人员设计了几个不同的实验。在一项实验中，参与者在屏幕上看到一个目标，用一种机器人操纵杆瞄准。当参与者向目标移动时，操纵杆将尝试将他们推离目标，参与者将不得不补偿力。在另一个实验中，参与者被分配了两个目标。每次移动大约五分之一的时候，一个目标会消失，参与者需要抓住剩下的目标。参与者永远不知道哪个目标会消失，所以他们必须以这样一种方式瞄准，使他们有最大的机会捕捉到其中一个目标。在另一个实验中，参与者必须在避开中间障碍物的同时捕捉目标。

　　“在所有情况下，我们发现明确的证据表明，当面对不确定性时，人类会形成一个单一的运动计划，在每个层面上优化任务表现，”阿尔侯赛因说。“这种方法选择了一个最初的行动，使任务的最终成功最大化。”

　　研究人员还基于这种性能优化理论开发了一个计算模型，该模型可以解释参与者之间个体差异的80%到90%的差异。

　　史密斯说:“这项工作颠覆了几十年前的运动平均理论，为理解神经系统中的运动规划提供了一个机制框架。”“然而，大脑计算单一最佳行动选择的机制仍有待发现。”