遊戲策劃的極簡神經科學入門


3樓貓 發佈時間:2023-04-28 09:43:54 作者:MeowMeowRanger Language

前言

(超小聲)本人不是心理學/神經科學/生理學 相關專業的,只是機緣巧合為了遊戲設計在學校蹭了不滿兩年心理學課程,如有理解/譯名出現錯誤/不準確的情況,還請多多指教。
*各個版權物版權歸屬原各個版權方,本文僅作教育/研究之用。 **所有轉載需註明出處/作者信息,並附上原文地址。

神經元的工作原理(總體簡介)

常識中關於一般認為神經元是基於電信號工作,這個說法不完全準確,單個神經元內部的信號傳遞確實是電信號,但是是利用控制離子濃度形成電位差,而不是日常生活中常見的類似導線導電的形式。而神經元之間的【突觸】部分則是利用更加“慢”的化學信號傳遞的模式。

神經元內部信號傳輸 - 電信號

當【大大的頭的部分/樹突】接受到了一個足夠強的信號時,這個神經元決定放電時,這個神經元上的離子通道(Ion Channel)會按順序打開把收到的正電位從【樹突】傳遞到【細細的尾部/軸突末端】。
休息/默認狀態時,由於有一個離子泵(Sodium–potassium pump)的持續工作,把逐步把帶正電的離子排出細胞膜,導致細胞內正離子的濃度降低,整個細胞膜內部帶了一個很小的負電位。
而當神經元決定放電時,離子通道打開,細胞膜內外為了達到離子濃度的平衡,外面的正離子快速湧入細胞內部。這時這個離子通道的細胞內側的一個小區域就瞬間帶了一個正電位。而分佈在細胞膜上的各個逐步打開的離子通道可以讓這個正電位的電信號傳導到負責和其他神經元通訊的【軸突末端】。
另外在放電到離子泵完成細胞內部電位的復位的5ms = 0.05s時間內,這個神經元是無法再次放電對其他神經元信號做出反應的。

自SynapseWeb:不同的突觸類別 Type2

自維基:神經元電信號傳導示意圖

自biologyonline.com:放電時,電位隨時間變化示意圖(默認狀態是負電位)

自differencebetween.com:細胞膜上 離子泵 / 離子通道的對比

自維基:神經傳遞信息速度測速

自SynapseWeb:突觸的真實圖片

自SynapseWeb:神經元的顯微鏡/3D重現圖片

自SynapseWeb:不同的突觸類別 Type1

自SynapseWeb:不同的突觸類別 Type2

自維基:神經元電信號傳導示意圖

自biologyonline.com:放電時,電位隨時間變化示意圖(默認狀態是負電位)

自differencebetween.com:細胞膜上 離子泵 / 離子通道的對比

自維基:神經傳遞信息速度測速

自SynapseWeb:突觸的真實圖片

自SynapseWeb:神經元的顯微鏡/3D重現圖片

自SynapseWeb:不同的突觸類別 Type1

自SynapseWeb:不同的突觸類別 Type2

1 / 8

神經元間的信號傳輸 - 化學信號

當信號傳遞到【軸突末端】時,由於兩個神經元細胞之間存在各自的細胞膜還有一個小縫隙作為隔離,電信號沒有辦法直接傳導到下一個神經元細胞。
這時上方的信號發射方的【軸突末端】就會釋放囊泡(Vesicle)中的特殊化學物質 - 神經遞質(Neuro Transmitter)出來,而神經遞質則會被下方信號接收端的【樹突/Dentrite】接受。接受時用的是一個特殊受體(圖中Y形狀) - Neuro Receptor。
自油管頻道 Biotech Review:當正電位傳導到尾部的軸突末端時,末端儲存神經介質的圓形囊泡會向外釋放這些介質,從而讓連接的其他神經元收到信號。

自油管頻道 Biotech Review:當正電位傳導到尾部的軸突末端時,末端儲存神經介質的圓形囊泡會向外釋放這些介質,從而讓連接的其他神經元收到信號。

整個過程中不單單要消耗能量,釋放出去的神經遞質也僅有一部分能被回收,部分會擴散到身體其他部分去。
常見的一些可以歸類為神經遞質的物質
  • Dopamine / 多巴胺
  • Serotonin / 血清素
  • Adrenaline / 腎上腺素
具體各個神經遞質的作用和生理原理就不是我的強項了,還請各位大大補充。

總結/TLDR

所以其實神經元的信息傳遞是 利用離子濃度保存負電位->釋放電能傳遞信息->復位 的過程
  1. 默認休息狀態:依靠細胞膜內外的正離子濃度不同,在細胞膜內部累計保存微弱的負電位
  2. 放電狀態:打開細胞膜離子通道,讓正離子濃度互相均衡,製造局域性的正電信號並傳導尾端
  3. 神經遞質釋放:通過神經遞質將電信號轉換為化學信號,傳導到其他神經元。
  4. 復位:離子泵不斷工作離子通道關閉,正離子被排往細胞膜外部,細胞膜內部逐步恢復負電位
  5. 準備再次放電傳導信號

對遊戲設計/現實生活的思考

  1. 針對反應時間/遊戲內時間窗口的設計 神經元傳遞信息的速度遠小於光速/電的速度,只有約120m/s。實際的在現實生活中的【受到刺擊-回應】反應時間大約在200ms = 0.2s 左右,再加上計算機的幀延遲1s / 60 = 16ms 和 一個比較平均的網絡延遲 100ms。實際上人在玩多人聯機遊戲的時候| 【服務器受到敵方信息 - 玩家反應到達服務器的時間】至少在 100ms + 16ms + 200ms + 100ms = 416ms 以上 【我方語言報點 - 玩家反應到達服務器的時間】至少在 100ms + 服務器轉發語音 + 100ms + 416ms = 616ms以上 所以除非一些戰術遊戲的特殊情況,把玩家輸入的延遲窗口(比如 擊殺時間TimeToKill / TTK)卡在600ms以下是很不明智的,玩家如果被偷襲基本是沒有逃離希望的。當然這和具體的遊戲設計和遊戲Netcode設計息息相關。如果希望被偷襲的玩家可以按一個什麼緊急按鈕逃生的情況,TTK放在700ms-1s之間是不錯的。 《Apex》的TTK可能考慮到他們自己服務器服務器刷新數據的頻率TickRate只有很低的20Hz,而同樣的競技遊戲 CS:GO 和 Dota2 都有64Hz,再加上高速跑酷時容易出現傷害判定不準確的情況,所以最短TTK放在了比較長的800ms左右。
  2. 生活/飲食中的微量元素對認知有巨大影響 具體人體體內的各種元素循環是個太過龐大的課題,但就我個人生活經歷和看過的論文來說,鉀(K / Potassium) 鈣(Ca / Calcium) 鈉(Na / Sodium) 氯(Cl / Chloride) 是對人的認知能力有很大影響的元素。如果攝入不足會導致認知能力下降,同時人一天安全的攝入量是有限的,我推論那就很可能這些元素的體內存量和利用效率和【一個人每天能處理信息量的上限】是有關聯性的。 各個場合的PUA/指使人浪費腦力體力的基本原理也部分是是讓人沒有多餘腦力精力反抗/逃離。如果可以保持一個冷靜清晰的頭腦/合理的飲食和睡眠是針對PUA反擊的重要條件。 *注:雖然不足會導致各種認知上的問題,但是這些元素特別鉀/納會提高血壓和老年痴呆的風險。

結語

「愛」不僅是最高規格的抑制劑。 「愛」從生理層面來講也確實是最強的止痛劑。

參考文檔/論文/特別感謝

  1. 油管神經科學科普頻道: Neuroscientifically Challenged 他們有個專門的播放列表 Neuroscience fundamentals 都是2分鐘以內的神經科學原理科普 B站也已經有大量UP主翻譯和搬運了
  2. 美國國家醫學圖書館論文: Global Trends (1961–2017) in Human Dietary Potassium Supplies https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8074176/
  3. 美國國家醫學圖書館論文: Ultra-Processed Food Consumption and Chronic Non-Communicable Diseases-Related Dietary Nutrient Profile in the UK (2008–2014) https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5986467/
  4. CHANGES IN EXTRACELLULAR POTASSIUM CONCENTRATION PRODUCED BY NEURONAL ACTIVITY IN THE CENTRAL NERVOUS SYSTEM OF THE LEECH https://physoc.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1113/jphysiol.1969.sp008879
  5. Introducing Psychology: Brain, Person, Group: International Edition Paperback – January 6, 2011 ISBN-10 ‏ : ‎ 0205005683
  6. 以及容忍我無恥蹭課的諸位教授們(笑

© 2022 3樓貓 下載APP 站點地圖 廣告合作:asmrly666@gmail.com