左手畫圓,右手畫方,其難度在哪裡?原理是什麼? | 知乎問答精選

 

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左手畫圓,右手畫方,其難度在哪裡?原理是什麼?

2019年03月25日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 5 ℃ 次

【知乎用戶的回答(140票)】:

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左手畫圓右手畫方實際上是大腦在執行兩個任務,2010年4月16日法國科學家兩位法國科學家在美國《自然》雜誌上發表文章nature.com/nature/journ,研究表明大腦無法同時做多件事情,平時我們所謂一心多用也只不過是快速地在不同任務之間切換。開車時打電話是因為不需要時刻把精力全部集中在開車上,看書時聽歌如果看得專心也不會注意到歌曲。

我們可以試下一手畫直線一手畫圓,非常簡單,因為畫直線的手保持著一種運動狀態(慣性?物理?),不需投入精力改變,就可以把全部精力投入到畫圓中(勻速率勻變速運動?)。所以我們可以理解為大腦在一個時間點只能提供一種「加速度」,畫圓需要時時提供加速度,就無暇顧及方形中那個九十度變化,題目中的視頻也可佐證。

感謝塗帥提到了彈鋼琴時雙手完成不同任務的反例,我不會彈鋼琴無法解釋,在網上查相關資料發現國外不少人也認為那兩位對彈鋼琴的解釋不夠合理,提出了相同的質疑,卻無人回應。很有可能是這個理論有缺陷。答案不夠嚴謹僅望拋磚引玉。

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基於高中生物知識查資料作答僅求科普歡迎批評指正。

左手畫圓右手畫方正常人是無法實現的。首先控制「畫畫」這個運動的是大腦皮層的運動中樞,運動中樞對稱地分佈在大腦的左右半球。神經中樞是神經細胞灰質(即胞體)的集合,它們對信息作出處理發出指令,通過白質(即軸突)傳遞到目標細胞,軸突集合成束形成皮層脊髓束,就是下圖中的粉色線束。

我們看到有兩種皮質脊髓束,一種是左右交叉的叫做皮質脊髓側束,另一種是豎直向下延伸的皮質脊髓前束。而連接軀體及四肢的就是側束。因為其交叉所以控制右手的是左腦運動中樞,左手相反。如圖

扯了這麼多總算快到正題了-_-正如YARS所說,單核的大腦同時發出兩個不同指令是很困難的,但我們大腦分左右腦明明是雙核嘛……然而我們知道大腦兩半球分工有很大不同,要求兩個半球之間有聯繫協調,這時候本題的主角——胼胝體出現了(為什麼叫我這個名TT)。

大腦兩半球之間有許多神經纖維連接,胼胝體是兩半球之間最大的連合纖維,有它的連接兩半球能夠協調配合宛如一個整體。但完美的雙核在某種意義上成為了單核,大腦兩半球的連接機制無法同時向左右手分別傳達「畫圓」和「畫方」的命令(也許以後可以進化出來也不一定)。這就是我能給出的原理……沒有耐心後續內容可略去

那我們來一個大膽的假設,如果切除胼胝體會怎樣?!其實這種手術在已經進行過無數次了!為什麼?待我再扯一段。

有一種病叫做癲癇,基本症狀就是嚴重的肌肉痙攣。肌肉收縮是因為收到了大腦發出的電信號,腦細胞異常放電就是癲癇的起因 。大腦皮層的一個半球中的腦細胞異常放電會通過胼胝體傳導到對側皮層,兩側相互激發會引起更嚴重的異常電流,引起全身的癲癇。於是在1962年就有一個勇敢的美國醫生為其癲癇病人切除了胼胝體,這個病人痊癒了!後來胼胝體切開術就逐漸流行起來。

再次回到正題,切開胼胝體之後能否左手畫圓右手畫方呢?答案是肯定的……比如有一個病人在術後一隻手死死抓著他的妻子用力搖晃另一隻手在解救,還有時一隻手試圖把褲子拉下來,另一隻手卻使勁拉上去……

既然切開胼胝體後這麼牛,看這個答案的小朋友是不是等不及想要去切開了呢?千萬不可以……我們來看一位美國心理生物學家斯佩裡做的腦割裂實驗(以下摘自科學松鼠會):

讓病人盯著一個大屏幕的中心看,在左半邊或者右半邊屏幕依次放映文字或者圖形。由於人的視覺會以中心為界限,左半邊屏幕上的圖像或者文字傳入右腦,右半邊傳入左腦,如此,裂腦人的左腦和右腦,就分別接受了右半邊和左半邊的信息,但是卻無法交流。有趣的結果發生了:

1, 當光束被打到左半邊屏幕上時,病人說他什麼也沒看見(左眼 =盲??)。但是,當要求病人指出光線的位置的時候,他竟然指出了左邊的光源位置 (「我知道那有一盞燈」),並且仍然強調自己什麼也沒看見(「我真的什麼也沒看見」)。看來,他的右腦確實是「看」到了光線,只不過處理語言的區域在左腦,因此他沒有辦法表達。

2, 讓裂腦人右手握住一個物體,蒙上眼睛他們能夠辨別,並且表達出他們拿的物體的名稱 (「我的右手拿著一個蘋果」)。但是,當他們左手握住物體時,他說他不知道拿的是什麼 (「我不知道我拿的是什麼」),但是可以從一堆物品中找出和摸過的相同的那一隻 (「哈哈,這就是剛才我拿過的那一個」)。雖然不能表達,但是右腦記得住觸覺?

3, 向屏幕上投影一個物體的圖像。如果圖像出現在右邊,他可以描述圖片的內容,比如,「屏幕上出現了一個汽車模型」。但是如果圖像出現在左邊,他說他什麼也沒看見 (「屏幕上什麼也沒有」),但是,讓他嘗試用左手挑出剛才出現的物體,他又能夠莫名其妙的選出那件物品,卻說,「我不知道我為什麼要拿起這個東西」。說明,雖然不能用語言表達,觸覺感覺和視覺感覺還是能夠一致的。

4, 讓他的兩隻手分別繪製立體圖形,左手畫出的圖形有模有樣,而右手的作品卻毫無立體感可言。難道處理空間立體思維也在右腦?

5, 突然給一個女裂腦人左腦呈現一個裸體女人的照片,女裂腦人大笑,並說這個是裸體女人。而呈現在右腦,裂腦人說自己啥都沒看見,但是非常明顯的是,她開始莫名其妙地格格笑,問她笑的原因,她吞吞吐吐,然後說機器真有趣。這個實驗說明雖然右腦無法說出物體的名字,但是存在著情緒反應。

所以,千萬不要輕易切開你的胼胝體!

相關資料:

songshuhui.net/archives

suu.edu/faculty/barney/

Nobel Lecture by Roger W. Sperry

nature.com/nature/journ

圖片來源(有水印者不標):

維基百科,自由的百科全書

qnr.cn/med/cano/201204

【楊釩的回答(100票)】:

謝邀 @劉柯

看了一下題主給的視頻,當即就想給這個視頻差評,兩隻手根本不是同步運動的,這樣的「左手畫圓,右手畫方」難度不高,稍加練習應該都可以達到。

那麼同步進行的「左手畫圓,右手畫方」的難度在哪裡呢?關鍵在於「雙手同時進行著朝向衝突的動作」。

下面開始講原理。

雙手在執行大腦發出的指令的時候是存在競爭關係的,比如說你想去拿桌上的杯子喝水,是用右手呢?還是用離更近的左手呢?雖然多數人根本就意識不到這樣的競爭活動,但是腦成像研究證明了這一競爭關係的存在。

腦成像研究表明在手部運動過程中,大腦運動前區(premoter cotex,負責運動的高級區域)的激活往往是雙側的。但其實這些運動通常都是由單手完成的。雙側的激活很可能反映的是對所有可能動作的計劃,這些動作可以實現抽像的目標。這一激活最終會偏向於活動手對側的運動皮質,這是兩隻手競爭後其中一隻手勝出的結果(見下圖)。

而這一競爭過程可能是由另外一個高級運動區域所控制的——輔助運動區(supplementary motor cortex,SMA)。雖然SMA的主要輸出源是同側的運動皮質,這一區域同樣有經過而這一競爭過程可能是由另外一個高級運動區域所控制的——輔助運動區(supplementary motor cortex,SMA)。雖然SMA的主要輸出源是同側的運動皮質,這一區域同樣有經過胼胝體至對側S A和運動皮質的投射(多數是抑制性的)。因此,一個半球SMA的激活不僅促進了對側身體運動的執行同時抑制了同側身體進行類似的運動。

在「左手畫圓,右手畫方」的例子中,我們可以將這種雙手的衝突看做是兩個運動目標的競爭。兩個任務都要激活雙側半球。從它們的激活模式來看,免不了相互之間有所干擾。

上述的假說的關鍵是「胼胝體」會傳遞抑制性信息,所以為了驗證該假說可以考察裂腦人會不會存在類似的現象(如果不會就說明該假說是對的)。於是就有了下面這個實驗(下圖),可以明顯的看出,當進行朝向一直的任務的時候,正常人和裂腦人都能很好的完成任務(即兩隻手同時畫圓或者畫方);但是當進行朝向衝突的任務的時候,只有裂腦人能很好的完成該任務(即證明了上述假設)。

該研究還有一個額外的發現,雖然裂腦人使用雙手的運動不再有該研究還有一個額外的發現,雖然裂腦人使用雙手的運動不再有空間的聯繫,他們的雙手是同步運動的。也就是說運動的空間加工和時間加工是分離的過程。(額,這個好像與本題沒有多大關係)

PS:我嘗試解釋一下,彈鋼琴的人為什麼可以左右手進行不一樣的動作。首先,我不會彈鋼琴,但是我學過基本指法,從基本指法來看,彈鋼琴的時候手指的朝向是基本相同的,都是向下按壓,所以按上述理論是可行的。其次,雙手彈琴也不是個簡單的活啊,不是隨便練練就會的,需要每隻手各自的極高的熟練程度。最後,也許高級的鋼琴的技巧中確實存在朝向衝突的情況,但是鋼琴家的手太靈活且對琴譜太熟悉,足以將這個動作拆分成兩個動作,即在時間上是不同步的,從而降低了對動作的影響。

參考資料和圖片均來自

《認知神經科學——關於心智的生物學》 Gazzaniga著 周曉林、高定國等譯。

【蔡中元的回答(9票)】:

同時做兩件或以上的事情本來就會相互干擾。你可以自己試試看,同時畫,畫的圓會像方,畫的方會像圓。單手畫圓,單手畫方都會比兩手同時畫要好得多。

左手畫圓,右手畫方要做到比較好首先你要足夠熟練。例如你如果記筆記的方法不是那麼熟練的話,最好先集中精力聽清楚老師的講課內容,而記筆記熟練的學生就能很輕鬆的一邊記筆記一邊聽課。也就是說你要同時做兩件事情,前提是至少有一件你是熟練的。

但是不管再怎麼熟練也是多少會相互干擾,也不會比單手畫來得好,說明了注意力的集中性。有些學生會喜歡邊聽音樂邊做作業,他們覺得這樣能以比較愉快的心情來做作業。但如果不是因為環境特別吵雜只能用耳機音樂來屏蔽的話,我還是建議學生最好找一個安靜的環境專注的完成作業。

左手畫圓,右手畫方最大的困難在於佔用了同一感覺通道,我們通過練習能夠同時做很多事情,例如我們可以邊唱歌邊彈吉他,邊騎腳踏車邊哼歌,甚至邊看電腦邊喝咖啡邊打電話。但這些能夠較為輕鬆的做到除了熟練之外,他們佔用了不同的感覺通道,唱歌是聽覺,彈吉他用手的觸覺。左手畫圓右手畫方用的都是手,佔用同一感覺通道,所以比其他同時做的事情更難做到熟練。

【李果然的回答(5票)】:

我來回答一下彈琴的問題,看似左右手分工動作,其實不過是一個動作,比如左3右1,本來是分工動作,但練習慣這個動作,這個動作合併成了動作a,大腦不用處理左3右1了,只要重複動作a就行了,彈琴練習其實就是練習合併左右手的動作,我是從吹笛子上想來的,吹笛子時才不會去想我哪只手指要按哪個孔,只要想吹出哪個音,雙手手指自動各自運動到出這個音的位置,練習使然!彈琴不外如是!

【知乎用戶的回答(3票)】:

視覺在右半球處理,而不是兩個半球都能處理好的,因此一次只能支持單個手畫好圖形。

具體來說:左手畫的時候右腦可直接控制左手畫出圖形,右手畫的時候右腦通知左腦以控制右手。

兩手同時畫的時候左腦就力不從心了。

只是一種猜想。這些左右腦分離的試驗最初是在1961年的時候由Roger W. Sperry在貓和猴子身上做出來,他還因此獲得了1981年的諾貝爾獎。

Roger Wolcott Sperry

關於這個試驗還有一些人名:Joseph Bogen, Michael Gazzaniga, Eran, Dahlia Zaidel。

剩下一些知識是通過腦損傷患者獲得的。

【知乎用戶的回答(3票)】:

我實踐了一下,沒有那麼難。雖然畫得不夠完美,但能明顯分辨出這是方、那是圓。而且我覺得如果練個15分鐘,就能畫得相當好了。我想,大腦的確如solib所言,無法多任務並發,但大腦擁有快速切換任務的能力。

左圓右方這個任務對切換任務的能力要求並不很高。其實現過程可能大致是這樣的:

1.向左手下達畫圓的指令;

2.向右手下達畫直線的指令,並要求保持慣性運動直到下一指令;(理論上以上2個指令先後順序可以顛倒,實踐中我是1在前的,可能是因為2、3銜接效率比較高)

3.觀察右手運動速度,預測何時要轉90度角(這一預測也將被用在右手畫第2-4條邊時,包括決定最後何時收筆);

4.監視和調校左手畫圓的進程;

5.每到「環節3"中預測的時點時,切換到右手下達轉90度角、轉好後畫直線、保持慣性運動的指令。

整個過程是:1、2、3、4、5、4、5、4、5、4。

可以說是嚴謹而高效的。

以上。

【馬林博的回答(2票)】:

受過訓練是可以的,比如我們鼓手他就能做到。打鼓的時候兩手不同節奏,長期訓練因此他畫起來沒問題

【蘭超然的回答(2票)】:

對於我來說最難的是分清楚哪個是左手哪個是右手

【xlmoney的回答(2票)】:

目前,可以雙手做不同的事的例子,其實是非常多的。演奏樂器、魔術表演、等等,但是這只是表面上的雙手做不同的事,它們都有共性,例如演奏樂器,小提琴為例子,雖然一首拿那根東西(不知道叫什麼),一手按弦,但是大腦其實對於這兩件事的認知是:這傢伙在拉小提琴,這一件事而已。另一個方面,可以理解為某一事對於大腦而言是慣性(傳說中的習慣成自然),完全不需要大腦的過多處理。以至於很多事情看起來好像某人一「腦」多用,其實是多年單身練就一身好功夫罷了。

【吳凱的回答(1票)】:

線程鎖,鎖粒度太大了,畫起來太慢,鎖粒度小了,鎖不住,畫出來的圓不圓,方不方

異步調用,大腦發出指令,不能等手的響應

【木子務的回答(1票)】:

一個cpu只能並發不能並行

【時匯楷的回答(1票)】:

你們都解釋了為什麼不能。

但是沒有一個人發現嗎?如果左手畫圓,右手寫「口」,這就非常容易做到!

如果兩隻手都繪畫模式,很難。左手繪畫模式,右手語言模式,這將很簡單。其實大腦不是單核CPU,而是多個單核模塊組成的,語言,動作,視覺,聽力……你不能同時說兩句話,但是你可以邊說話邊寫字。

我反覆實驗,真的很神奇,左手畫圓時,右手無論如何都無法畫方形,但是很輕鬆就能寫「口」字。就像邊看電視邊說話一樣,互不干擾。寫其他字也可以。

【知乎用戶的回答(0票)】:

速度慢點,頭腦保持清晰還是可以的嘛…

不過一般人的大腦沒法保持正常速度吧,可能確實佔用了左右腦的同一部位

所以小龍女和周伯通不正常= =

【知乎用戶的回答(0票)】:

我補充幾句

我覺著這個任務的的難度除了同時進行兩個任務之外,還有一個難點,就是「圓」「方」

新近的研究結果發現,大腦運動皮層以矢量的形式發出運動指令,就是說大量運動皮層細胞的矢量之和就是運動進行的方向,加上時間維度就有了運動的軌跡,這也是現在研究意識直接控制運動的基礎,像前兩年浙大研究的 猴子大腦控制機械手臂 差不多就是這個原理

從這個角度看,「圓」「方」用矢量表示,區別很大,圓連續相切,是曲線,方由線段構成。因此,在大腦皮層形成運動指令這一層面,畫圓和畫方區別也很大。

另外,左右手同時進行一些軌跡相同或相反的動作時相對簡單一些,而對左右手的運動軌跡關係不大時會更困難。

【知乎用戶的回答(0票)】:

舉個手,我可以,當初看電視劇的時候,以此為豪了好久,還曾傻乎乎的以為是自己的特殊功能,直到小夥伴不服氣練啊練就會了。。。

【艾克依的回答(0票)】:

人的大腦正常情況下都是遵循一種運動模式,圓和方可以說是兩種不同的運動軌跡,所以除非先天特殊或者後天特殊訓練的才可以做到!

【知乎用戶的回答(0票)】:

斯美塔那(Bedrich Smetana)

管風琴手足並用,一手畫方一手畫圓尚難,這個就厲害了

【emoN的回答(0票)】:

大腦是單核單線程的CPU,多任務有壓力、、

【毛線君的回答(0票)】:

難度在當初董仲舒說「一手畫方,一手畫圓,莫能成」的時候手裡拿著毛筆2333

【BreezeLin的回答(0票)】:

左手畫圓右手畫方是要求大腦同時處理兩個任務。個人認為人無法真正地同時做兩件事,但人是可以在某種程度上完成這件事的。

所謂「熟練了就可以同時做兩件事",更像是大腦把兩件事組合在一起,當做同一個任務在處理。當然,在下沒有任何專業的知識,無法證明這一點。個人認為」同時做兩件事「的情況,應該是大腦對兩個任務做出了某種」同步「。下邊是在下以前練吉他彈唱的體驗:一開始,手和口無法統一,總是先彈出和弦,然後才唱出歌詞。這個時候,腦對於同時進行任務的處理還是」切換「,並非真正的」同時「。而」熟練「了以後,彈唱時往往是有意無意地走著拍子。具體一點說,在一首歌流程中的每個需要動作的時間點上,腦把要做的動作」打包「,發出一次信號,但動作有多個(按弦、彈撥、發聲)。這個時候雖然人同時做了多個動作,但大腦實際上只是在處理一個任務,即按著拍子發出信號。在腦」時間點「式的同步處理下,」彈琴「"唱歌"兩件事合併成了一個任務」彈唱「。

這個時候我們來用這個思路分析一下其他的情況。

1.雙手彈鋼琴。它與彈唱的情況是相似的,左右手是接收了以時間為單位的信號,做出了動作,腦仍然只是按節奏發出」打包「過的信號。

2.電玩。左手鍵盤,右手鼠標;左手搖桿,右手按鈕,甚至每個手指都有其分工。在沒有熟悉,即還處在」切換「式偽同步狀態下時,我們肯定是手忙腳亂的。顧了左手顧不了右手,每個不同的操作之間都有思考的延遲。但熟練了以後,我們對於遊戲的處理方式就不一樣了 。比如fps遊戲中背後出現敵人的時候,我們一邊切回視角,一邊隨著視角的轉換遠離敵人,一邊開槍。在一開始,顯然這三個動作我們會分開做。但腦把」身後有敵人「的處理組合成了一個任務後,我們得以快速處理。

接著咱們談談左手畫方右手畫圓。有的人說熟練以後就可以同時去做,按前邊的思路來看,這的確是有可能的。但是這個熟練的過程會比彈唱、彈鋼琴、玩電難得多。畫圓和畫方本身是小事,但我們現在需要分析這兩件小事是怎麼完成的。

圓:以均勻的幅度改變筆尖的行進;

方:直行》轉》直行》轉》直行》轉》直行》轉;

這個時候,問題來了。方的處理方式簡單粗暴,動作很容易在時間點上進行觸發。但圓的處理方式卻很難用」時間點「。因為畫圓的時候,需要一直處理筆尖的方向。這個任務高頻率地佔據著腦子,它的時間點太過密集。前邊的大神提到大腦同一時間只能提供一種加速度,結合這邊的觀點,在下認為對於畫圓這種任務,腦是通過細化時間的切片,即加高處理頻率來完成的。要對這兩個動作進行」組合「,便要在處理圓的過程中的某些時間點想辦法把方的動作加進來。這跟在做高頻旋律吉他演奏的同時唱歌的難度有得一拼。當然,就在下看來,這件事是不是能辦到,就要看鐵杵是不是真的能磨成針了。

標籤:-生理學 -大腦 -腦科學 -神經學 -武俠小說


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