Caracterização de orientação visual de direção para interceptar alvos seguindo trajetórias curvas usando Detecção de Inconsistência Qualitativa

Jul 06, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 20246 (2022) Citar este artigo

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Este estudo explorou as variáveis ​​informacionais que orientam o comportamento de direção em uma tarefa de interceptação locomotora com alvos em trajetórias circulares. Usando um novo método de análise com foco na coevolução temporal do comportamento de direção e nas fontes de informações potenciais que o conduzem, decidimos invalidar a confiança em candidatos informativos plausíveis. Aplicado a tentativas individuais em vez de médias de conjuntos, esse método de Detecção de Inconsistência Qualitativa (QuID) revelou que o comportamento da direção não era compatível com a confiança nas informações baseadas em qualquer tipo de mudança no ângulo de direcionamento do alvo centrado no agente. Mudanças de primeira ordem no ângulo de rolamento do alvo centrado no ambiente também não poderiam explicar adequadamente as variações no comportamento observadas sob as diferentes condições experimentais. Capturar o tempo observado de desdobramento do comportamento da direção exigiu, em última análise, uma combinação de mudanças de primeira ordem (baseadas na velocidade) e de segunda ordem (baseadas na aceleração) no ângulo de orientação. Embora esse resultado possa apontar para a dependência de mudanças baseadas em ordem fracionária no ângulo de rolamento, a importância geral dos presentes achados reside na demonstração da necessidade de romper com a prática existente de tentar ajustar o comportamento em estratégias funcionais postuladas a priori com base em diferenças categóricas entre regras heurísticas operativas ou leis de controle.

A interceptação locomotora pode ser observada em muitos cenários diferentes, desde um leão perseguindo uma gazela em uma planície até um grupo de crianças brincando de pega-pega no pátio de uma escola ou um jogador de futebol correndo para interceptar um passe em um campo esportivo. Surpreendentemente, no entanto, apesar de um corpo considerável de trabalho, a questão de como realizamos essas tarefas permanece sem resposta. De fato, embora agora seja amplamente aceito que a interceptação locomotora é normalmente controlada online, ou seja, com base nas informações atualmente disponíveis1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 ,14,15,16,17,18,19,20,21, a maneira exata como a informação é usada para regular o comportamento durante a interceptação locomotora ainda é motivo de debate. Na presente contribuição, construímos um método de análise3 recentemente desenvolvido e demonstramos como ele pode contribuir para resolver empiricamente esse debate. No entanto, para prosseguir, precisamos primeiro estabelecer as bases do debate.

Pesquisas empíricas sobre o controle online da interceptação locomotora de alvos em movimento resultaram na identificação de um conjunto de estratégias funcionais22,23,24,25,26. Diferenças operacionais entre tais estratégias são tipicamente caracterizadas pela relação angular pertinente do agente-alvo considerada, tanto em termos do tipo específico de ângulo selecionado (centrado no agente ou centrado no ambiente) quanto na ordem derivada do tempo específica desse ângulo, usada para guiar o comportamento. . A representação deste último na literatura, além disso, varia em função do nível de descrição escolhido, concentrando-se tanto no comportamento de estado estacionário desejado baseado em heurística quanto no mecanismo subjacente baseado em dinâmica que pode trazer esse estado comportamental desejado.

Vamos ilustrar isso com alguns exemplos concretos, focando na interceptação de alvos que se movem no plano de movimento do agente, como nos exemplos acima mencionados. Os ângulos considerados nesta situação são o ângulo de direcionamento do alvo (centrado no agente) β e o ângulo de direção do alvo (centrado no ambiente) θ (consulte a Fig. 1a para definições). Pelo menos três estratégias diferentes foram distinguidas nesta situação. Em uma estratégia de perseguição clássica (referida heuristicamente como ZTHA, para zero target-heading angle), o agente busca continuamente se mover na direção atual do alvo, ou seja, manter o ângulo de alvo-heading β em zero. Com relação ao controle subjacente, esse comportamento tem sido convencionalmente instanciado por uma dinâmica de direção baseada na anulação (isto é, minimização da magnitude) de β27,28,29,30. Como β = d0β/dt0, tal estratégia pode ser qualificada como uma estratégia de ordem zero baseada em β. Por outro lado, em uma estratégia de interceptação clássica (referida heuristicamente como CTHA, para ângulo constante de direção do alvo), o agente busca continuamente mover-se para manter constante o ângulo de direção do alvo β em algum valor diferente de zero específico da situação. Em termos de dinâmica, esse comportamento tem sido convencionalmente instanciado pela anulação da taxa de variação em β (isto é, anulação de d1β/dt1)1,2,6,7,15,23 e pode, portanto, ser qualificado como um primeiro fator baseado em β. estratégia de ordem. Frequentemente confundida com essa estratégia clássica de interceptação1,2,6,7,15,31,32,33,34,35,36 está a estratégia (heuristicamente referida como CBA, para ângulo de rolamento constante) de tentar manter o ângulo de rolamento do alvo θ constante. Esta última estratégia tem sido convencionalmente instanciada pela anulação da taxa de variação em θ (isto é, anulação de d1θ/dt1)3,23 e pode, portanto, ser qualificada como uma estratégia de primeira ordem baseada em θ. Observamos que quando o agente se move mais rápido que o alvo, todas essas três estratégias podem resultar em interceptação bem-sucedida. As ilustrações gráficas das heurísticas ZTHA, CTHA e CBA geralmente dependem de representações baseadas em etapas de tempo para demonstrar os caminhos locomotores de estado estacionário prototípicos aos quais estão associados (consulte a Fig. 1b-d para exemplos). É, no entanto, importante ter em mente que tais ilustrações falham em trazer à tona aspectos importantes do comportamento de interceptação real, sendo o mais importante aqui sua inadequação para capturar os transientes em direção a tais estados estacionários que de fato constituem as assinaturas da dinâmica subjacente. De fato, enquanto o comportamento de estado estacionário associado a uma determinada regra heurística (cf. mover de modo a manter alguma situação desejada) é meramente confirmatório, é na evolução (transitória) do comportamento ao longo do tempo que o mecanismo de controle subjacente operacional que conduz o sistema em direção a tal estado estacionário pode se revelar.