如何掌握你的第三只手臂

在 2002 年上映的电影《少数派报告》中，汤姆·克鲁斯像大师一样玩弄着一台未来派计算机。他只需轻轻一挥手腕，数据就能从一个屏幕移动到另一个屏幕，公园的全景图也会像玩具陀螺一样旋转起来。

“但如果这是虚拟现实，为什么他只能用两只手臂？为什么他还要有像人类一样的形态？”斯坦福大学虚拟人类交互实验室主任杰里米·贝伦森问道。

上周，拜伦森团队公布了一项新研究，表明人们可以在短短几分钟内掌握虚拟第三只手臂。这项研究探索了“人造人灵活性”的概念，即人们通过改变对人类运动的感知来学习控制不同于自己的身体。

未参与此项研究的认知神经科学家和媒体研究员 Wijnand IJsselstein 表示：“它开辟了一些有趣的机会，例如视频游戏头像的设计，同时也可以帮助正在康复中的战争截肢者。”

该项目始于 20 世纪 80 年代，是计算机科学先驱杰伦·拉尼尔 (Jaron Lanier) 的创意，他创造了“虚拟现实”一词以及人造灵活性。当时，他和几个朋友建造了非自然的虚拟身体，比如龙虾，腹部两侧各有三条触手。他们会通过肘部扭动或膝盖弯曲等细微动作来引导这些额外的肢体。

但二十年后，虚拟现实专家仍然是唯一能够征服小人灵活性的人。因此，拉尼尔于 2004 年与拜伦森合作，将小人灵活性实验扩展到普通人类受试者。

“当我们第一次尝试让贾伦使用这个方法时，大多数人都失败了。只有他和其他在空间和数学方面有天赋的人才能为第三只手提供动力，”拜伦森说。“但我们在这项研究中了解到，关键不是智力，而是更好的运动跟踪。”

他们的第一个实验要求 53 名本科生在虚拟教室中通过踢打来戳破气球。每个人的脚踝和手腕上都戴着运动追踪手环，以控制他们虚拟形象的肢体，并戴上第一人称虚拟耳机，这样他们就能看到他们的动作。

一组人的四肢可以正常移动，而另一组人则用脚控制手，反之亦然。正常情况下，人们更喜欢用手臂，而且正如你所预料的那样，他们能在 10 分钟内戳破近 300 个气球。但研究小组发现，受试者在同样的时间内适应了切换条件，当他们的脚控制虚拟人物的手臂时，他们戳破的气球数量与之前一样多。人们仍然更喜欢用虚拟手来戳破气球，尽管这需要像《空手道小子》中那样笨拙地单脚站立。

领导这项研究的斯坦福大学博士生安德里亚·史蒂文森·旺 (Andrea Stevenson Won) 表示：“转换后的条件告诉我们，人们会适应，他们会尽一切可能以最有效的方式完成任务。”这项研究发表在《计算机中介传播杂志》上。

然而，该团队想知道，与使用正常身体结构相比，使用非自然人体模板的人是否能更好地完成任务。因此，在第二个实验中，虚拟用户被要求从两排箱子中抓取物品。一组人有两只手臂，必须向前走才能从第二排抓取物品。另一组人胸部长出第三只手臂，随着手腕的轻弹，手臂可以向前或向侧面移动。在两分半钟内，用户学会了如何用三只手臂抓取比两只手臂更多的箱子。

在两分半钟内，用户学会了如何用三只手臂抓取更多的盒子。

其影响不仅局限于虚拟领域，也可能对现实生活产生影响。人造人灵活性可能会为基于动作的视频游戏（如任天堂 Wii 上的游戏）增加额外难度，或扩展微软新款 HoloLens 的功能。或者，类似《少数派报告》的计算机可能很快就会问世。拜伦森说，日本科技公司 NEC 为该项目提供了学术资助，因为他们正在开发一个消费者平台，人们可以在该平台上将数据物理地移动到数字云中。

与此同时，安德里亚·史蒂文森·旺正在将她的论文研究转向使用小人柔韧性治疗疼痛。医生们已经证明，改变自我认知可以帮助缓解疼痛，例如对截肢者进行镜像疗法。失去肢体后，许多人会经历“幻肢痛”，就好像肢体还在一样。看不见的拳头仍然紧握着，失去的脚也因痛苦而灼烧。通过镜像疗法，患者将完整的肢体放在反射面前，假装它就是失去的肢体。通过这样做，患者在精神上克服疼痛，重新映射控制感觉的大脑网络。先前的研究表明，人们可以使用物理镜子进行这种治疗，也可以在计算机屏幕上使用逼真的投影。

“但除截肢外，许多疼痛状况都与人体的异常表现有关。我们正在研究在虚拟空间中改变身体外观是否能有所帮助，”史蒂文森·旺说。虽然这项研究没有报告，但她有初步证据表明，小人灵活性可以改善儿童复杂的局部疼痛综合征。

“这是一个很有希望的起点，同时也质疑了我们对自我的概念，”伊塞尔斯坦说。“假设你是一个狂热的游戏玩家，并且长期接触改变后的身体，这会重新编程你的自我感觉吗？”

现实生活中的一个比喻是滑冰。当你跳下冰面并走几米时，你的腿会感到沉重。这就是人类感知的运动重新编程。

艾塞尔斯坦认为，长期使用拟人柔韧性可能会出现类似的余震，但就像滑冰一样，一旦我们回到真实的身体里，我们的大脑就会很容易恢复。