DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0328432
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42234631
تاريخ النشر: 2026-06-03
المؤلف: Sergio Delle Monache وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحكم المحركات والتكيف
نظرة عامة
تدرس الدراسة التفاعل بين تتبع العين والاعتراض اليدوي للأهداف المتحركة، مع التركيز على كيفية تأثير متطلبات المهمة والسياق البصري على دمج التغذية الراجعة الحسية والآليات التنبؤية. تتبع المشاركون الأهداف التي إما التزمت أو انحرفت عن التوقعات الجاذبية، وعُرضت على خلفيات تصويرية أو محايدة. أشارت النتائج إلى أن أداء تتبع العين تأثر بشكل كبير بتسارع الهدف والسياق البصري، مع ملاحظات أقوى للتوقعات الجاذبية في مقاييس الحركات العينية المعتمدة على الزمن (مثل المطاردة السلسة وτ السريعة) عندما كانت الخلفية تصويرية. ومن الجدير بالذكر أن المشاركين الذين تتبعوا الأهداف فقط أظهروا اعتمادًا قويًا على التوقعات الجاذبية في وقت مبكر من المهمة، بينما أولئك الذين اعترضوا أيضًا الأهداف أظهروا اعتمادًا متأخرًا على هذه التوقعات حتى تم حجب الأهداف.
تعزز النتائج الفكرة القائلة بأن التوقعات المتعلقة بتأثيرات الجاذبية على حركة الأجسام البصرية تؤثر بشكل كبير على تتبع العين، على غرار تأثيرها المعروف على الحركات الاعتراضية. لوحظ انفصال واضح بين الجوانب الزمنية لتتبع العين، التي عكست التوقعات الجاذبية، ومقاييس المطاردة التي كانت أكثر توافقًا مع حركيات المسار. بالإضافة إلى ذلك، أكدت معالجة واقعية السياق البصري على دور الإشارات التصويرية في تعزيز التوقعات الجاذبية، خاصة في غياب معلومات الحركة. أظهر التنفيذ المتزامن لمهام تتبع العين والاعتراض أنه بينما تم استخدام التوقعات الجاذبية في وقت مبكر في التتبع المعزول، تم تأجيل استغلالها الكامل في سيناريو المهمة المزدوجة، مما يبرز الاعتماد التكيفي على المعلومات البصرية حتى لم تعد متاحة.
مقدمة
تؤكد مقدمة ورقة البحث على أهمية المعلومات البصرية للتفاعل الفعال مع الأجسام المتحركة في البيئة. تناقش كيف أن حركات العين، وخاصة الحركات السريعة وحركات المطاردة السلسة (SPEMs)، ضرورية لتتبع هذه الأجسام والحفاظ على صورها على الشبكية. تبرز الورقة دور الآليات التنبؤية في التغلب على التأخيرات الناتجة عن معالجة المعلومات البصرية وتنفيذ حركات العين، خاصة عندما تكون المعلومات البصرية محجوبة مؤقتًا. تستند هذه التوقعات إلى المعرفة السابقة بحركيات الجسم وتأثيرات الجاذبية، التي تعد عاملًا مهمًا في تقدير الحركة وتعزيز الأفعال الاعتراضية.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في كيفية تأثير مهام الاعتراض اليدوي المتزامنة على أداء تتبع العين واستخدام معلومات الجاذبية التنبؤية. تتبع مجموعتان من المشاركين أهدافًا بصرية تتحرك وفقًا أو ضد تأثيرات الجاذبية، حيث قامت مجموعة واحدة بأداء تتبع العين فقط بينما نفذت الأخرى كل من تتبع العين والاعتراض اليدوي. افترض الباحثون أنه إذا كانت آليات تتبع العين تعتمد على توقعات الجاذبية، فإن حركيات حركة العين ستعكس هذه التوقعات بدلاً من سرعة الهدف فقط. تدعم النتائج الفكرة القائلة بأن كل من تتبع العين والحركات الاعتراضية تتأثر بتوقعات الجاذبية، خاصة في السياقات الغنية بصريًا، وأن التنفيذ المتزامن لمهام التتبع والاعتراض يعدل من تفاعل المعلومات التنبؤية المتعلقة بالجاذبية.
الطرق
في هذه الدراسة، قدم تسعة وستون متطوعًا موافقة مستنيرة للمشاركة في إجراءات تجريبية مصممة لتقييم الأداء الحركي للعين. حدد تحليل القوة المسبق أن حجم العينة المطلوب كان 68 لاكتشاف حجم تأثير \( f = 0.5 \) بمستوى دلالة \( \alpha = 0.05 \) وقوة 0.9. تم تعيين المشاركين، الذين لديهم رؤية طبيعية أو مصححة إلى طبيعية، عشوائيًا إلى مجموعتين: تضمنت المجموعة الأولى 37 شخصًا (20 امرأة، 17 رجل؛ متوسط العمر 23.88 سنة ± 2.87 انحراف معياري)، بينما تضمنت المجموعة الثانية 32 شخصًا (18 امرأة، 14 رجل؛ متوسط العمر 24.22 سنة ± 3.52 انحراف معياري). قامت المجموعة الثانية بأداء مهمة اعتراض يدوية جنبًا إلى جنب مع مهمة الحركات العينية وتم تقييمها من حيث اليدوية باستخدام استبيان اليدوية المختصر في إدنبرة، مما كشف أن 25 كانوا يمينيين، و5 كانوا مزدوجي اليد، و2 كانوا يساريين لكنهم فضلوا استخدام اليد اليمنى للمهمة. لم تخضع المجموعة الأولى لاختبار اليدوية حيث شاركت فقط في مهمة الحركات العينية. التزمت الدراسة بإعلان هلسنكي وحصلت على موافقة أخلاقية من جامعة روما “تور فيرغاتا” (بروتوكول رقم 140.12).
لتقييم التكيفات المحتملة في الأداء الحركي للعين خلال التلاعبات التجريبية، قام الباحثون بتحليل مسارات الزمن لمتوسط مؤشرات الحركات العينية عبر ظروف مختلفة. أشارت النتائج إلى أن تأثيرات التعلم كانت ضئيلة، تحدث بشكل متقطع وفقط في بعض الظروف التجريبية والمقاييس. على وجه التحديد، لم تحقق التعديلات الأسية المزدوجة على السلاسل الزمنية لمؤشرات الحركات العينية دلالة إحصائية (p < 0.01) عبر 96 حالة تجريبية ومؤشر، مع قيمة \( R^2 \) تتجاوز 0.3 لوحظت في 10 حالات فقط.
المناقشة
في هذه الدراسة، شارك المشاركون في مهام تتبع بصرية واعتراض يدوي أثناء ملاحظتهم لسيناريوهين بصريين متميزين: سيناريو تصويري يصور مباراة بيسبول وسيناريو محايد يتضمن أشكال هندسية. اتبعت الأهداف البصرية مسارات باليستية تأثرت بالظروف الجاذبية (0g، 1g، و2g) وتعرضت للحجب في نقاط مختلفة في مساراتها. شمل التصميم التجريبي 24 حالة، تجمع بين قوانين حركة مختلفة، وفترات اضطراب، وأوقات حجب، مع إجراء إجمالي 192 تجربة عبر مجموعتين من المشاركين.
تم تسجيل حركات العين باستخدام جهاز EyeLink 1000، وتم تحليل البيانات لتقييم الأداء الحركي للعين خلال نوافذ الاضطراب والحجب. تضمنت المقاييس الرئيسية الحركات السريعة، وكسب المطاردة السلسة، وأخطاء التوقيت والموقع في مهمة الاعتراض اليدوي. استخدمت التحليلات الإحصائية نماذج ANOVA كاملة لتقييم تأثيرات السيناريو البصري، ومستوى الجاذبية، ونوع المهمة على أداء تتبع العين. تشير النتائج إلى أن طبيعة المشهد البصري والتنفيذ المتزامن لمهمة الاعتراض أثرت بشكل كبير على ديناميات حركة العين، مما يبرز التفاعل المعقد بين الإدراك البصري والتحكم الحركي في البيئات الديناميكية.
القيود
تعترف الدراسة بوجود قيد تقني يتعلق بالتغيرات البعدية الصغيرة الملحوظة في مؤشرات الحركات العينية عند مقارنتها بحجم الهدف البصري، خاصة في ضوء قيود الدقة المكانية لنظام EyeLink 1000 المستخدم لقياس حركات العين. لمواجهة إمكانية حدوث إيجابيات زائفة ناتجة عن هذا القيد، نفذ الباحثون عتبة دلالة صارمة قدرها $p < 0.01$ لجميع التحليلات الإحصائية. على الرغم من الصغر النسبي للتغيرات، أظهرت الغالبية العظمى من التأثيرات ذات الاهتمام مستويات دلالة عالية جدًا ($p < 0.001$)، مما يشير إلى أن التغيرات البعدية الملحوظة في مؤشرات الحركات العينية لم تكن فقط متسقة ولكن أيضًا قوية. وهذا يشير إلى أنه، على الرغم من وجود القيود، تظل نتائج الدراسة موثوقة وذات مغزى ضمن سياق البحث.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0328432
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42234631
Publication Date: 2026-06-03
Author(s): Sergio Delle Monache et al.
Primary Topic: Motor Control and Adaptation
Overview
The study investigates the interplay between ocular tracking and manual interception of moving targets, focusing on how task demands and visual context influence the integration of sensory feedback and predictive mechanisms. Participants tracked targets that either adhered to or deviated from gravitational expectations, displayed against either pictorial or neutral backgrounds. The results indicated that ocular tracking performance was significantly affected by target acceleration and the visual context, with stronger gravitational expectations observed in time-dependent oculomotor metrics (such as smooth pursuit and saccadic τ) when the background was pictorial. Notably, participants who solely tracked the targets exhibited a strong reliance on gravitational expectations early in the task, while those who also intercepted the targets showed a delayed reliance on these expectations until the targets were occluded.
The findings reinforce the notion that expectations regarding gravitational effects on visual object motion significantly influence ocular tracking, akin to their established impact on interceptive movements. A clear dissociation was noted between time-related aspects of ocular tracking, which reflected gravitational expectations, and pursuit metrics that were more aligned with trajectory kinematics. Additionally, the manipulation of visual context realism underscored the role of pictorial cues in enhancing gravitational expectations, particularly in the absence of motion information. The concurrent execution of ocular tracking and interception tasks revealed that while gravitational expectations were utilized early in isolated tracking, their full recruitment was postponed in the dual-task scenario, highlighting the adaptive reliance on visual information until it was no longer available.
Introduction
The introduction of the research paper emphasizes the importance of visual information for effective interaction with moving objects in the environment. It discusses how eye movements, specifically saccadic movements and smooth pursuit eye movements (SPEMs), are essential for tracking these objects and maintaining their images on the fovea. The paper highlights the role of predictive mechanisms in overcoming delays caused by the processing of visual information and the execution of eye movements, particularly when visual information is temporarily occluded. These predictions are informed by prior knowledge of the object’s kinematics and the effects of gravity, which is a significant factor in estimating motion and enhancing interceptive actions.
The study aims to investigate how concurrent manual interception tasks influence ocular tracking performance and the use of predictive gravity information. Two groups of participants tracked visual targets that moved in accordance with or against gravitational effects, with one group performing only ocular tracking and the other executing both ocular tracking and manual interception. The researchers hypothesized that if ocular tracking mechanisms relied on gravity expectations, eye movement kinematics would reflect these expectations rather than solely the target’s speed. The findings support the notion that both eye tracking and interceptive movements are influenced by expectations of gravity, particularly in visually rich contexts, and that the concurrent execution of tracking and interception tasks modulates the engagement of predictive information related to gravity.
Methods
In this study, sixty-nine volunteers provided informed consent to participate in experimental procedures designed to assess oculomotor performance. A priori power analysis determined that a sample size of 68 was necessary to detect an effect size \( f = 0.5 \) with a significance level \( \alpha = 0.05 \) and a power of 0.9. Participants, with either normal or corrected-to-normal vision, were randomly assigned to two groups: the first group included 37 subjects (20 women, 17 men; mean age 23.88 years ± 2.87 SD), while the second group consisted of 32 subjects (18 women, 14 men; mean age 24.22 years ± 3.52 SD). The second group performed a manual interception task alongside the oculomotor task and was assessed for handedness using the abbreviated Edinburgh Handedness Inventory, revealing that 25 were right-handed, 5 were ambidextrous, and 2 were left-handed but preferred right-hand use for the task. The first group did not undergo handedness testing as they only engaged in the oculomotor task. The study adhered to the Declaration of Helsinki and received ethical approval from the University of Rome “Tor Vergata” (protocol n. 140.12).
To evaluate potential adaptations in oculomotor performance during the experimental manipulations, the researchers analyzed the time courses of mean oculomotor indexes across various conditions. The findings indicated that learning effects were minimal, occurring sporadically and only in a few experimental conditions and indexes. Specifically, double exponential fits to the time series of oculomotor indexes did not achieve statistical significance (p < 0.01) across 96 experimental conditions and indexes, with an \( R^2 \) value exceeding 0.3 observed in only 10 instances.
Discussion
In this study, subjects engaged in visual tracking and manual interception tasks while observing two distinct visual scenarios: a Pictorial Scenario depicting a baseball game and a Neutral Scenario featuring geometric shapes. The visual targets followed ballistic trajectories influenced by gravitational conditions (0g, 1g, and 2g) and were subjected to occlusion at various points in their paths. The experimental design included 24 conditions, combining different laws of motion, perturbation intervals, and occlusion durations, with a total of 192 trials conducted across two groups of subjects.
Eye movements were recorded using an EyeLink 1000 tracker, with data analyzed to assess oculomotor performance during perturbation and occlusion windows. Key metrics included saccadic movements, smooth pursuit gain, and timing and positional errors in the manual interception task. Statistical analyses employed full factorial ANOVA models to evaluate the effects of visual scenario, gravity level, and task type on ocular tracking performance. The findings suggest that the naturalness of the visual scene and the concurrent execution of the interception task significantly influenced eye movement dynamics, highlighting the complex interplay between visual perception and motor control in dynamic environments.
Limitations
The study acknowledges a technical limitation related to the small dimensional changes observed in oculomotor indexes when compared to the size of the visual target, particularly in light of the spatial resolution constraints of the EyeLink 1000 system used for eye movement measurement. To counteract the potential for false positives arising from this limitation, the researchers implemented a stringent significance threshold of $p < 0.01$ for all statistical analyses. Despite the small magnitude of the changes, the majority of the effects of interest demonstrated very high significance levels ($p < 0.001$), indicating that the observed dimensional changes in the oculomotor indexes were not only consistent but also robust. This suggests that, while the limitations exist, the findings of the study remain reliable and meaningful within the context of the research.