第四章動作控制理論第一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日第四章動作控制理論概念：依據控制系統的中心部分和環境特征的不同作用，來區分不同的協調運動控制理論。學習目標討論動作控制理論對實踐者的現實意義。界定“協調”這一與動作技能績效有關的術語。說明與人類動作控制研究有關的自由度問題。比較和對照開環控制系統和閉環控制系統。說明動作控制的動作程序理論和動力模式理論的主要區別。定義一般動作程序，通過固有特征及參數來描述它的特性。定義與動力模式理論有關的術語：指令和控制參數、自組織、協調結構和知覺一動作聯結。討論如何應用動作程序理論和動力模式理論解釋人類走和跑的相對時間特征。第二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日第四章動作控制理論應用為了完成日常生活中的各種動作技能，我們必須協調不同的肌肉和關節，使它們協同起作用。不同技能所需的肌肉和關節組合不同。有些技能，如網球中的發球或從椅子上站起坐到輪椅上，需要協調軀干和肢體的肌肉和關節；另一些技能則需要臂、手和手指的協調；例如：拿起筆、彈吉他和打字。僅用一側手臂和手就能完成的技能，我們只需要協調少數的肌肉和關節。例如，在操縱計算機游戲桿、汽車換擋時就是這樣的。第三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日第四章動作控制理論除了軀干和肢體的協調，動作技能的表現還有其他重要的基本特征。有些技能用相對緩慢的運動就可以完成，如在射箭之前執弓的位置或者拿杯子喝水；其他技能，如投球或從長凳上跳到地面，則需要快速、拋物線樣的運動；還有一些動作技能動作的構成較簡單，如寫數字或系襯衫紐扣；而其他技能，如完成一套舞蹈動作或者彈鋼琴的運動則較為復雜。第四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日第四章動作控制理論此外，在一次又一次的動作嘗試中，我們可以形成非常準確和一致的運動模式。在各種不同情景中，即使從未遇到過的情景，都能夠很成功地完成操作。例如，在比賽時，熟練的網球手必須在許多不同的情景中使用正手擊球動作。各種情景中的許多不同特征，如球的飛行軌跡、速度、旋轉、反彈和落點以及對手的位置、風速、日照等等，完全相似的兩種情景很少遇到，但是一個熟練的網球手卻可以成功地完成擊球動作。第五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日第四章動作控制理論

討論在討論神經系統如何控制協調運動的理論之前，先了解動作控制理論的基本內容是十分必要的。我們還將說明一些術語，為理解這些理論奠定基礎。第六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日理論和專項實踐準備從事運動技能教學職業的學生，常常對學習動作控制理論的必要性提出質疑。這種疑問經常來自那些認為只需要準備“實用”知識的學生。他們認為這樣才有助于勝任日常的工作，但這種觀點是由于不能充分理解理論與專業實踐之間的關系造成的。在這一節中，我們會討論什么是理論？運動控制理論對教師、教練和治療專家的意義。第七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日理論是什么？如果按照日常生活中人們對理論一詞的理解，就會得出理論與實際幾乎無關的觀點。但這是一種短視和誤導的觀點。從科學上講，理論幫助我們理解現象，并且解釋這些現象為什么會存在，或為什么會有如此的表現。斯蒂芬·霍金(StephenHawking,1996—英國劍橋大學的世界知名物理學家認為，好的理論應該滿足“兩種需求。它必須能夠精確地描述一類觀察到的現象……而且必須對未來可觀察到的結果做出明確預測”（p.15）。在霍金研究的物理學領域里，理論幫助我們理解物理世界的各個方面，理論為我們觀察到的物理事件提供解釋。例如，確定使一個滾動的球最終停止滾動的變量。我們可以通過確定這些變量，并根據它們的特征來預測球能夠滾動多遠。第八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日理論是什么？行為科學，包括對人類動作學和控制的研究，理論的焦點是解釋人類的行為。當對人類行為的研究興趣是在關于動作技能的表現和學習時，我們期望理論能解釋人們如何操作技能。也就是說，確定那些能夠說明我們觀察到的表現特征的變量。例如，我們觀察技能操作者的活動就知道，人可以在各種不同的情景中運用同一種技能。一個熟練的籃球運動員，可以從各種不同的位置以及在各種不同的比賽情景中成功地完成單手跳投。一個好的動作控制理論應該可以解釋為什么人會具備這種能力。第九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制理論對實踐者的現實意義基本了解動作控制理論之后，實踐者再此基礎之上可以形成有效的技能教學和練習環境。圖4.1說明，實踐者了解影響技能表現的變量而改進一些措施，以解釋理論和實踐之間的聯系。如果知道，為什么人在完成某一動技能時能夠適應各種不同的情景，就可以運用這些知識來改善練習條件，從而自信地語言我們將會獲得這種適應能力。想像另一個例子，假如你需要幫助一個人恢復行走的能力。那么，作為人類運動基礎的關于動作控制機制的知識以及相關的環境變量知識，將會使你采取更加適合的評價及干預措施，因為它們是以影響運動變量為基礎的。第十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制理論預測干預策略的效果完善系統的方法幫助實踐者增進技能表現能力

改進干預策略，幫助克服表現中的問題產生新的干預策略確定表現中的問題評價干預策略的效果具備能力的操作者動作技能表現的限制、局限、潛能、缺陷等理解和解釋動作控制理論圖4.1動作控制理論成為實踐者完成許多工作任務和職責的基礎第十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制理論

在上面“理論是什么”一節中，你了解到一個好的理論應該能夠對大量觀察到的事件做出描述和解釋。根據這個要求，一個好的動作控制理論應該如何描述和解釋呢?研究者們普遍認為，這種理論應該描述和解釋神經系統是怎樣協調運動的。這樣，我們就可以在各種不同的環境中成功地完成各種動作技能。從某些方面說，要了解我們是怎樣進行協調運動的，就相當于了解一個鐘表是怎樣精確地協調各部件走時。第十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制理論下面幾節，討論兩個要點：術語協調在動作技能表現中的意義和“自由度間題”。雖然研究者們還提出了另外的動作控制理論，但是，在這兩個要點的基礎上，本章討論兩個主要的動作控制理論。有必要說明的是，這里所提到的動作控制理論，主要是行為水平上的分析。就是說，這些理論討論的焦點是，對可觀察到的行為的解釋，而不試圖確定控制過程的神經活動的特點（有關動作控制的神經模型，見Bullock&Grossberg,1991）。第十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制理論以行為為基礎的動作控制理論研究的重要目的是，揭示管理人類協調動作行為的法則和原理。神經水平的理論是想要描述神經機制或神經機制的相互作用，也就是解釋在這些行為活動原理中，神經系統是怎樣起作用的（Willingham,1998）。第十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日協調

動作技能操作是人對激活的肌肉進行組織，并以此達到某種行為目的。就是這種組織的特性，成為協調這個術語的中心意思。按照本書的目的，我們依據特維（Turvey1990）提供的定義：協調是指與環境對象和事件模式相關的頭、軀干及肢體的運動模式。這一定義包含兩個部分，每個部分對進一步的研究都十分重要。首先，應注意到這個定義確定了協調是有關頭、軀干及肢體的運動模式。雖然一般應用協調這個術語是與技能表現特征相聯系的，但是不僅局限于這點。第十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日協調用這個詞來解釋與技能表現相關的運動模式時，協調是指，在動作表現中頭、軀干和肢體運動的組織特性，與操作者的技能水平無關。這意味著，在評定技能表現的運動特征時，協調是在某一時間點的頭、軀干、肢體間的聯系。描繪運動模式的常用方法是，用圖來表示在技能表現過程中肢體活動的位置移動模式間的相互關系。圖4.2就是這類圖示的一個例子。圖中顯示，在足球運動中，踢球動作的膝-髖關節角度的協調。第十六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制理論協調（coordination）：與環境對象和事件模式相關的身體和肢體的運動模式。圖4.2安德森（Anderson）和西達韋（Sidaway）的實驗中，角-角圖顯示，足球踢球動作中髖關節和膝關節協調關系在經過練習后的變化。第十七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日協調定義的第二部分是，頭部、軀干、和肢體的運動模式與環境對象和事件的模式相關。這點很重要，它指出了在考慮動作技能的協調時，要與技能表現的環境相聯系。環境的特點制約著頭、軀干和肢體，使其以對應的方式活動才能完成動作目的。例如，在便道上散步的人們，必須使頭、軀干和肢體的運動模式與路況相適應。如果在便道上遇到樹枝橫在路當中，個體必須用一種新的運動模式來越過樹枝，樹枝的特點決定運動模式的特點，如果樹枝很小，那么只需跨一大步；如果樹枝很大，就必須跳躍過去才行。第十八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日自由度問題由于協調就是頭、軀干、肢體的運動模式，因此在研究動作控制時，有一個重要的問題就是，神經系統怎樣控制相關的肌肉和關節以產生這種模式。為了回答這個問題，我們必須思考由尼克萊·伯恩斯坦（NicolaiBernstein）首先提出的一個重要問題。他是俄國著名的生理學家。他的著作發表于20世紀30年代到50年代，直至1967年才被西方世界了解。他的工作一直影響著動作控制的研究和理論。伯恩斯坦指出，為了實現一種完美協調的運動，神經系統必須解決他提出的所謂“自由度問題”。第十九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日自由度（degreesoffreedom）：控制系統中的獨立因素或成分的數量以及每一個成分的動作方式的數量。自由度問題（degreesoffreedomproblem）：設計某種須到達特定結果的復雜系統而出現的控制問題；設計的問題是，怎樣限定系統中各種自由度，以便使它得到特定的結果。第二十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日自由度問題任何系統的自由度都反映該系統的獨立因素或成分的數量。要構成一個到達某種特定結果的復雜系統，就會出現自由度問題。控制問題就是：一個有效而經濟的控制系統應怎樣設計，才能把有很多自由度的復雜系統限定在一個特定方式下活動？第二十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日專欄在肌肉關節水平上觀察自由度問題我們知道人體有792塊肌肉，它們的作用是使100個關節以不同方式活動，而且每個關節都由它的機械特性限定運動的自由度。基于這些特征，特維（1990）由此出發來考慮協調控制問題。如果所有關節都是與肘關節一樣的屈曲關節，那么在關節水平上將有100個機械方面的自由度需要控制。但是，如果有兩種特殊的特性，比如位置和速度都需要限定，以便使這些關節可以完成特定動作，那么，自由度將增加到200個。第二十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日請思考下面關于機械系統中自由度控制問題的一個例子。設計直升飛機要做到，使它可以用各種不同速度向左、右、前、后等不同方向起飛或降落。設計者必須使得駕駛員能夠控制這些不同特性，以便使直升飛機完成上述工作。設計者還必須幫助駕駛員以最簡便的方式做到這一點。如果駕駛員要使直升飛機按某一種特定方式飛行時，每次都必須控制某一個開關的按鈕或一個操縱踏板，那么，工作就會變得非常繁瑣而且負擔過重。所以，為了減少工作的復雜性，設計者就要設計出使駕駛員能夠同時用手和腳來控制的操縱桿和踏板，每一個操縱桿和踏板同時可以控制幾種功能。自由度問題第二十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日神經系統需要控制人體，使之完成復雜動作技能，例如，在擊打棒球時，神經系統所遇到的自由度控制問題，與駕駛直升飛機相類似。人類協調運動的自由度精確數量的確定，依賴于我們想要控制的水平。在很低的水平上，我們可以考慮把動作單位作為必須控制的因素；在另一水平上，我們可以考慮把肌肉作為控制的因素。很明顯，對任何動作技能來說，如果不考慮控制的水平，那么，人實現技能所涉及的控制問題就大了。你將看到，人練習一項技能從初學到熟練，我們可以從觀察到的特定協調特征的變化中，明顯地看到動作控制系統要解決的自由度問題。自由度問題第二十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日專欄伯恩斯坦對自由度問題的演示尼克萊·伯恩斯坦的經典著作《運動的協調和規則》（TheCo-ordinationandRegulationofMovement，1967年英文版）是他的出版物的匯編。在名為“動作活動規則中出現的一些問題”（Someemergentproblemsintheregulationofmotoracts，1957年，第一版，俄文版）的文章中，伯恩斯坦討論了自由度問題。他認為，動作控制系統必須克服這個問題才能產生出協調良好的運動。在這個討論中（pp.126f），他列舉了以下的例子來說明這個問題(他認為非常適合在公眾場合演示）。第二十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日專欄在被試皮帶前面的扣眼處系緊滑雪桿手持的一端，將1~2千克重的物體系在桿的遠側末端，并且在輪子（滑雪桿的末端）的右側和左側系上一段長度足夠讓被試用左手和右手拿住尾端的橡膠管。給被試指令，要其站在畫著一個巨大的圓圈、正方形或其他簡單圖畫的直立板前面，并且想辦法只能通過拖拉橡膠管來操作滑雪桿，用滑雪桿的末端畫出板上圖案的輪廓。這里滑雪桿所代表的是肢體末端的某一部分，包括兩個自由度；橡膠管類似于兩個拮杭肌，又向系統引入另外兩個自由度。這個實驗讓一個擁有全部完整的骨-肌肉動作裝置的人在沒有對該作業的動作練習的頭數周，弄清楚了控制要求四個自由度協調的系統是多么困難復雜。第二十六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日開環和閉環控制系統大部分有關控制的理論，都會提到兩個基本的控制系統。這兩個控制系統叫作開環控制系統和閉環控制系統。它們是以機械控制設計模型為基礎的。這兩個模型沒有為復雜的人類運動的控制過程提供精確描述，只是描述了中樞及周圍神經系統發動和控制動作的不同方式。這些模型說明了控制過程中的一些基本成分圖4.3以圖解的方式簡單地說明開和閉環控制系統。這些是典型的控制圖，在這類控制系統的一般表述中都能看到。值得注意的是，每一個系統都有一個控制中心，有時這個控制中心叫做執行器。它的重要作用之一就是產生并且向效應器發出運動指令，人類的效應器是參與運動的肌肉和關節。兩個系統都包含由控制中心發送到效應器的運動指令。第二十七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日開環和閉環系統開環控制系統運動控制中心運動效應器運動指令閉環控制系統運動控制中心運動效應器運動指令反饋圖4.3運動控制的開環系統和閉環系統的圖解第二十八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日專欄開環和閉環控制系統在機械方面和人類動作技能方面的實例開環控制機械方面的實例錄音機錄音機定日定時錄制電視節目的功能，操作類似開環系統。VCR可以在特定時間開機和關機。（注意：即使節目仍在繼續，VCR也會定時關機）人類動作技能方面的實例投擲飛鏢當投擲者扔飛鏢時，特定的手臂運動使飛鏢飛出都由運動指令決定，此指令在手臂運動發生前就已經完成。第二十九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日閉環控制機械方面的實例室內恒溫器控制室內的空調和熱風系統。在恒溫器上設定室內溫度。這一設置作為參照與真實室溫相比較。室溫作為反饋信息使恒溫器調節空調或熱風系統開或關。人類動作技能方面的實例駕駛汽車當一個人駕駛汽車在街道或高速公路上行駛時，他必須使車沿著特定路線行駛，為駕駛者應用視覽和本體感覺的反饋信息來控制方向盤做適當調整，使車不致偏離車道界限以外。第三十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日兩個系統間的區別這兩個系統的區別表現在兩個方面。第一，閉環系統中有反饋，而開環系統沒有。在人類的運動中，反饋是各種感受器傳入中樞的信息。這些反饋能使控制中心及時地修正運動。從反饋在人類運動控制中的作用的角度來看，圖4.3會有些誤導，這個圖解只列出一種反饋來源，就是頭部、軀干和四肢活動的“效應器”。但是，在復雜的人類運動活動中，反饋還有其他幾種來源，如視覺的和聽覺的感受器。第三十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日兩個系統間的區別開環和閉環控制系統之間的第二個重要區別在于控制中心發出的運動指令。在開環系統中，不利用反饋對運動進行在線式控制。指令已包含所有的必要信息，使效應器完成指定的運動。雖然產生了可利用的反饋，但沒有用來控制正在進行中的運動。這可能因為反饋并不是必要的，或者因為在運動促發之后，沒有足夠的時間利用反饋來有效地控制運動。在閉環系統中的運動指令則有明顯區別。首先，控制中心給效應器發出的啟動指令只是為了啟動運動。真正地執行、完成這個運動還有賴于到達控制中心的反饋信息。反饋提供有關運動狀態的信息，使控制中心完成：按初始指令繼續進行運動，或者提供新指令使運動繼續，或者修正運動中的錯誤。第三十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日開環和閉環系統

開環控制系統（open-loopcontrolsystem）：一種控制系統，其中所有按計劃啟動和實施動作所需的信息均包含在傳送到效應器的初始指令中。

閉環控制系統（closed-loopcontrolsystem）：一種控制系統，其中反饋在動作過程中與某一標準或參考相對照，以使動作得以按計劃實施。

反饋（feedback）：來自感覺系統的信息，為中樞神經系統指明某一運動的狀態；在閉環控制系統中，反饋用于對正在進行的運動做出修正。第三十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制的兩種理論我們對神經系統控制協調運動理論的分類，是依據控制系統的中心和環境提供給運動指令的相對重要性來進行的。一些理論強調中樞神經系統指令在控制過程中的重要性。它們常以某種形式的記憶表征，如動作程序，來作為組織、啟動和完成預想動作的基礎。與此不同，其他理論更多地強調由環境確定的運動指令以及這種信息與軀干、肢體、神經系統間動態的相互影響。第三十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作程序為基礎的理論強調中心控制的理論，其核心是動作程序，它是一種以記憶為基礎的結構，控制著協調運動。一些不同的理論觀點都歸因于動作程序的不同控制程度。毫無疑問，當代關于動作程序思想的最有代表性的觀點來自于理查德·施密特（RichardSchmidt，Schmidt1988，Schmidt＆Lee，1999）。他指出，前期觀點的主要問題是將動作程序局限于特定的運動或運動序列。為了克服這種局限性，施密特提出一般動作程序（GeneralizedMotorProgram，簡稱GMP）的假說，來說明人類協調運動行為的適應性和靈活性。第三十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作程序為基礎的理論施密特的一般動作程序

施密特認為，一般動作程序控制的是一類動作，而不是一種特定運動或序列。他將一類動作定義為具有一般而獨特特征的一套不同動作。施密特把這些特征稱為固有特征，它們是一般動作程序的“標記”，而且構成了記憶儲存的基礎。這些運動相關特征在動作表現改變時保持不變。執行者為了能夠產生與表現情景要求相適應的特定動作，必須從記憶中提取適宜的程序，再附加特定運動參數。這些就是在動作表現改變時能被改變的運動相關特征。施密特在描述一般動作程序特征時，用電唱機來做類比。唱機的固有特征限定了音樂的節奏和力度（力量）。參數包括適宜的速度和音量控制。即使唱機的速度比正常加快或音響加大了，音樂的節奏和力度的結構還能保持原樣。第三十六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日專欄動作程序概念的演變早期希臘哲學家如柏拉圖(Plat)談到過有關人類執行動作之前就會產生對該動作的“意象”。威廉·詹姆斯（WilliamJames，1890）提到柏拉圖的觀點時，認為完成動作前，必須首先對該動作形成清晰的“意象”。卡爾·拉什利（KarlLIashley，1917）被認為是首先使用動作程序這個確切術語的人。他開始把動作程序稱為“動作的意圖”，但后來又將其描述為“動作的一般圖式，它確定特殊動作的次序”（Lashley，1951，p.122）。他認為，這些圖式被組織起來為運動模式提供中心控制。弗雷德里卡·巴特利特（SirFrederickBartIett，1932）指出，他用圖式描述運動的內部表象和組織，其含義就有動作程序的意思。第三十七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日專欄動作程序概念的演變米勒·加蘭特爾和普里布萊姆（Miller,Galanter,andPribram，1960）指出“計劃”這個觀念。它的“重要性就如同計算機中的程序一樣”(p.16)。它負責控制動作中事件的次序。富蘭克林?亨利（FranklinHenry)對動作程序做出必要的概念性和經驗性的引申（Henry＆Rogers，1960）。他認為，“特定的、協調動作表現的神經模式由儲存的程序來控制，這種程序是以前實現這個動作時的神經運動（neuromotor）的細節（p.449）。”亨利的動作程序概念也是一個計算機程序的概念。他認為，開始時，程序控制著精確的運動細節，在動作的執行過程中，本質上沒有修正的可能性。斯蒂芬?基爾（StephenKeele，1968）與亨利的觀點相似。他把動作程序定義為，“在運動開始之前已存在的一套肌肉指令，并且不受末端反饋的影響就能完成整個序列（p.387）。”理查德·施密特（Rechardschmidt，1975）認為，動作程序不是特定的肌肉指令，而是抽象的、以記憶為基礎的一類動作的表征。每一類動作都由固有特征限定。第三十八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日固有特征和參數雖然許多特征都可作為一般動作程序的固有特征，而其中三個是被普遍認可的，包括技能中的相對時間（類似于節奏）、技能表現中的相對力量、各部分的順序或次序。在相對時間和相對力量中，“相對”一詞是指技能各部分的全部力量和時間中所占的特定百分比或比例。圖4.4說明固有相對時間的概念。假設你盡可能快地移動上肢，按順序擊打四個開關。現在，假設該任務四部分的運動時間比例如下：部分1占總動作表現時間的30%；部分2占20%；部分3占40%；部分4占10%。如果這項技能表現在正常情況下全部時間持續為10秒（如圖中a部分所示），那么不管你是加快還是減慢全部持續時間，每個部分時間特征的實際數量按比例變化。第三十九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日固有特征和參數在圖4.4中，當b部分代表技能表現的速度加快、c部分代表減慢時，各部分按比例的變化。這樣，如果你按標準時間10秒完成這項技能，那么，你在完成每一部分時所用時間分別是3、2、4和1秒。如果你完成這個動作速度是正常的兩倍，即用5秒時間，那么每部分時間按比例變化分別為1.5、1、2和0.5秒。如果你減慢動作表現的全部時間至15秒，那么每部分時間分別變成4.5、3、6和1.5秒。雖然動作程序理論認為，一個一般動作程序的固有特征，在一項技能轉變成另一項技能時是固定不變的，但是還有其他一些特征是可以變化的，稱為參數。例如，在技能表現中要用的總力量、總時間及參與肌群。在動作表現的情景發生變化時，技能表現者可以很容易地改變這些參數，以適應每種情景的特殊需要。第四十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制的兩種理論圖4.4一項含有四部分的動作技能圖解，說明完成這項技能的三種不同持續時間中的固定相對時間，即以（a）正常速度持續時間為10秒，（b）加快速度到持續時間為5秒，（c）減慢速度到持續時間為15秒。第四十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動作控制的兩種理論

動作程序（motorprogram）：一種記憶表征，儲存著完成動作所需要的信息。

一般動作程序（generalizedmotorprogram）：具有一般固有特征的一類動作的記憶表征，為控制這類動作中的特定動作提供基礎。

固有特征（invariantfeatures）：限定一般動作程序的一套獨特的特征，不隨所要完成動作的變化而變化。

參數（parameters）：隨技能表現的變化而改變的一般動作程序的特征；執行者為適應環境的特殊要求，在技能操作之前，必須附加在一般動作程序的固有特征之中。第四十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日下面兩個例子說明了固有特征和參數之間的關系。第一個例子如前面討論的圖4.4，固有特征是相對時間，參數是總時間。圖中在正常、加快和減慢速度時，顯示了表現者可以改變動作表現所需的總時間量，但不改變運動各部分的相對時間結構。例如，人行走的速度比平常加快或減慢時，就是這種情況。第二個例子以參與肌群作為參數。研究表明，無論你簽名時用習慣用的手或另一側手執筆，或用腳夾住或用牙咬住筆，這些簽名都具有明顯不變的空間特征。就像相對時間和力量特征一樣（Wright1900）。第四十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日這些結果顯示，你簽名的時候可以改變書寫時所用的肌肉，但一般動作程序中表現出的固有特征卻是不變的。有趣的是，林特杰斯等人（Rijntjes,1999）要求人們用利手的手指拿筆或大腳趾夾住筆來簽名，比較被激活的腦區作為神經學方面的證據，說明人簽名時肌肉是運動參數。

在技能表現過程中，該技能各部分所用時間占總操作時間的比例。相對時間第四十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日專欄動作程序的定義：一種記憶表征或者指運動以前動作準備的計劃近年來，對于什么是動作程序以及它是怎樣起作用等問題的理解上容易出現歧義。問題在于動作程序這個術語曾被用來描述不同的功能結構。在有些討論中，動作程序指的是一種運動或動作的記憶表征。在施密特的動作圖式理論中，一般動作程序的結構就是這樣的例子。關于動作程序記憶表征類型的問題，在理論上討論的焦點集中于：運動或動作的哪些特征儲存在記憶中作為動作程序的一部分。在本章中我們就是從這個角度運用該術語的。動作程序術語的另一種用法是指，在動作開始之前的組織或準備，隨后有了動作意圖。該術語的這種用法，有時指的就是動作程序化，雖然在本章中我們討論的是以動作程序為基礎的控制，但是也包含有這種準備的意義。第四十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日施密特的圖式理論施密特的圖式理論（Schmidt，1975，1988）是關于一般動作程序怎樣運作以控制協調運動的理論。圖式是指一種或一套規則，為做決定提供了基礎。它的形成過程是，從相關經驗中提取重要的信息片段，并將其組成一類規則。例如，“狗”的概念是在你見過許多不同類型狗的基礎上形成的一套規則。這樣，你就可以對一種從未見過的動物，正確地進行判斷。施密特應用“動作圖式”這個概念說明技能學習和控制過程中的兩個控制成分（這兩個成分的特征都以抽象的規則為基礎）：第一個就是一般動作程序，正如前邊說的，是用來控制各類動作基本特征的控制機制，如投擲、踢、走和跑；第二個部分是動作反應圖式，它的作用是提供在特定情景下管理動作的特定規則，也就是說，動作反應圖式為一般動作程序提供參數。第四十六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日施密特的圖式理論這種圖式理論為人們如何很好地適應新情景或新的環境內容，提供了一種可能的解釋。人們可以成功地完成一項以前從未操作過的技能。例如，當你走過擁擠的商場或在打網球時回擊對方的發球，情景各方面的特點是你過去從未經歷過的，你之所以能成功地完成這項技能，是因為人可以應用動作反應圖式的規則，產生適宜的參數特征，并把這些參數附加到一般動作程序之中來完成該技能。施密特的圖式理論指出，通過組織動作程序和圖式執行控制，可以在協調運動時解決自由度的問題。這種理論強調，控制中心的儲存具有抽象的或概括的本質。一般動作程序和反應圖式共同起作用，提供一定環境下開始一項動作所需的特定運動特征。動作的啟動是開環控制過程。然而，動作一旦啟動，如果有足夠時間處理反饋和修正動作，那么，反饋也會影響該動作過程。第四十七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日圖式(schema):一種或一套為制定決策提供基礎的規則。在施密特的圖式理論中，由抽象的表征規則來管理運動。驗證固定的相對時間特征

研究者們探討了施密特的主張，即一般動作程序控制著由特定的固有特征來定義的一類動作。他們嘗試對以動作程序為基礎的控制理論提供經驗性的支持。在提到的固有特征中，相對時間引起研究者的極大興趣。對各種不同技能，如打字、步態、寫字、抓握及依順序按鍵等的研究結果，支持了關于這一特征的固定不變的性質觀點（Heuer，1991；Schmidt，1985，1988）。第四十八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日對相對時間固定性的典型研究是，觀察在某一階段相關參數值中相對時間的變化，這些參數可能是總時間量或速度。在這方面最常用的實例，就是由夏皮羅、澤尼格、格雷戈爾和戴斯特爾（Shapiro，Zernicke，Gregor&Diestel，1981）所做的研究。在此研究中，被試在跑步機上做不同速度的走或跑。研究者的興趣在于研究整個行走周期中的時間比例（即相對時間），這些比例代表每種速度周期（即總時間參數）中四個部分或四階段的特征。他們的假設是，在可控制的走或跑步態模式的一般動作程序中，如果相對時間是其固有特征，那么不同速度的每個特定步態各部分的相對時間比例將保持不變。第四十九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日研究結果與相對時間固定不變的假說一致（見圖4.5）。當速度加快或減慢時（至少增加至6公里/小時或超過8公里/小時），在不同速度階段，每個行走周期的各部分所用時間的百分比始終保持不變。在圖4.5b部分，用圓形分格統計圖，特別標明了在走和跑相比時，不同的相對時間特征。統計圖顯示在四個行走周期中，走和跑平均速度的相對時間百分比。因為走和跑之間有不同的時間百分比，作者得出的結論是，由不同的動作程序控制走和跑。在每一種步態模式中，持續的總時間（也就是速度）參數，可以增快或減慢，而每一部分的相對時間保持不變。第五十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日a圖4.5夏皮羅等人的實驗結果：（a）四個行走周期的每一個周期中，以不同速度走或跑時，相對時間占行走周期全部時間的百分(菲利普森行走周期)F=彎曲階段(從腳尖落地到開始膝部伸直)；E1=伸直階段1（從開始膝部伸直到腳后跟著地）；E2=伸直階段2（從腳后跟著地到最大膝部伸直角度）；E3=伸直階段3（從最大膝部伸直角度到腳尖落地）（b）四個行走周期的每一個周期中全部時間中（四種速度）平均相對時間百分比。第五十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日b圖4.5夏皮羅等人的實驗結果：（a）四個行走周期的每一個周期中，以不同速度走或跑時，相對時間占行走周期全部時間的百分(菲利普森行走周期)F=彎曲階段(從腳尖落地到開始膝部伸直)；E1=伸直階段1（從開始膝部伸直到腳后跟著地）；E2=伸直階段2（從腳后跟著地到最大膝部伸直角度）；E3=伸直階段3（從最大膝部伸直角度到腳尖落地）（b）四個行走周期的每一個周期中全部時間中（四種速度）平均相對時間百分比。第五十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式理論與以動作程序為基礎的動作控制理論有明顯區別的觀點，一般是指動力模式理論（有時稱為動力系統理論、協調動力理論、生態學理論以及動作理論）。這種理論觀點的基礎是多學科性的，涉及物理學、生物學、化學及數學。這種理論的提倡者，將人類的運動控制當作一種復雜的系統，其行為方式與那些復雜生物或物理的系統相似。作為一種復雜的系統，人類動作控制是從非線性的動力學觀點的角度來理解的。這就意味著，行為在時間上的改變不是持續的、線性的過程，而是突然發生變化的。例如，在物理的領域里，當水的溫度逐漸升高時，水就會在特定的溫度（攝氏100度）沸騰。水的性狀突然改變了。這種類型的改變，就是一種非線性行為。第五十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式理論動力模式理論研究者特別感興趣的是，在一個特定變量的影響下，一個系統是怎樣從一種穩定狀態改變到另一種的。此外，他們對管理這種行為的物理、數學的法則也有興趣。雖然，這種方法已經被應用在物理研究領域中許多復雜系統模型的建立方面（Gleick,1987）。但是，直到20世紀80年代才引起人類運動控制科學家們的注意。運動行為中的非線性變化

凱爾索（Kelso）及其同事們的一系列實驗為研究運動的科學家們指出，在人類協調運動中，變量水平系統的改變可以導致非線性的行為改變（Kelso，1984；Kelso&Scholz，1985）。第五十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式理論在圖4.6中的上圖，說明這些實驗中所使用的任務。被試以特定速度異相位（有時稱為反相位）移動他們的右和左食指。這意味著，右指和左指的肌肉群同時以相反的方式來控制動作：當右指向右動時，左指向左動。定量地講，每個手指與其相對手指在整個運動周期中始終相差180度。被試按實驗者控制的節拍器給出的速度，逐漸加快他們手指的運動速度。結果顯示，在某一特定速度時，手指自發地移動到一種同相位協調的狀態，兩個手指同時做同一方向運動（即兩者在0度或360度做同相位運動）。第五十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式理論

第五十六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式理論圖4.6（a）圖示表示凱爾索在他的實驗中進行手指運動任務時，手和手指的位置。（b）和（c）圖示表示指尖運動位置和時間在運動頻率增加期間的函數關系。（b）圖顯示兩個食指指尖的位置移動由異相位變為同相位。（c）圖顯示左食指尖移動終點與右食指尖移動終點的關系，與（b）圖不同的方式來描述相位的轉變（ReprintedfromKelsoJ.A.S.，﹠Schoner，G.，1988.Self-organizationofcoordinativemovementpatterns.HumanMovementScience，7,27，withkindpermissionofElsevierScience-NL,SaraBurgerharstraat25.1055KVAmsterdam，TheNetherlands）第五十七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日在穩定的異相位和同相位狀態的過渡期間，發生了到同相位協調狀態的改變，正如你在圖4.6中所看到的一樣，這種過渡是異相位和同相位手指運動都存在的混合時期。在較低的速度時，只有異相位運動；在較快的速度時，只有同相位運動發生。這樣，運動速度的線性增加，導致運動基本模式的非線性變化。第五十八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式理論（dynamicpatterntheory）：描述性和解釋協調運動控制的一種方法，強調了環境信息的作用以及軀干、肢體的動態特征，也稱為動力系統理論。非線性行為（nonlinearbehavior）：對某種特定變量值穩定的線性增加所產生的一種突然的行為反應的非線性變化（例如，以一定量增加水管中的水流速度，水就會由平穩的流動變成湍流；以一定量增加速度，步態就會由走變成跑。）第五十九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日從協調模式的觀點看，這些實驗證明在某一特定的定量變化時，不同的協調模式可以自發地改變。在凱爾索實驗所應用的手指運動任務實例中，異相位和同相位手指運動間的關系就是穩定的協調模式。這些實驗的重要性在于，他們做了初始的關于協調運動轉變的探索，而沒有用某種機制，如動作程序，來說明這種轉變。第六十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日有規律的增加或減少某一變量，造成協調模式自發轉變的另一個例子是，在特定速度時發生的從走到跑的協調模式的轉變。這一實驗是由夏皮羅等人完成的(1981)，實驗已在本章討論過，是有關自發步態模式轉變的一個較早的例證。此后，從走到跑和從跑到走的步態轉變，作為速度變化函數的實驗，已多次被引證，成為大量研究的基礎(Diedrich&Warren,1995，1998；Wagenaar&VanEmmerik，1994)。第六十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日專欄相對時間這個固有特征是動作控制的一般動作程序和動力模式兩種觀點所共有的部分，但兩者對于這個固有特征的來源持有不同的看法。一般動作程序觀點所強調的相對時間是一般動作程序中的固有特征，并包含在傳遞給肌肉組織的運動指令中。因此，產生的動作必須受這種時間的制約，相對時間的固定性附加上參數的變化而成為一類運動的標識，說明它是由同一類一般動作程序控制的。兩種觀點中固有特征相對時間的根源第六十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式觀點所指的是術語“時間模式”的應用，而不是固有特征的相對時間。雖然在某些特定特征方面有所不同，但是時間模式在概念上與固有特征相對時間類似。更重要的是，相對時間的固定性對于許多動作來說，是指操作者與任務和環境特征相互作用的結果，或者是軀體和肢體運動的機械動力學的結果。經過控制參數的變化，固有特征相對時間成為某種協調模式穩定性的標識。第六十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日穩定性和吸引子動力模式觀點的核心就是穩定性這一概念。在動力模式觀點的術語中，穩定性是指一個系統在行為上的穩定狀態。必須強調，這個術語與固定性的概念不同。這里用的穩定性是含有可變化性的意思，也就是當一個系統被輕微擾亂時，它會自發回到穩定狀態。通過觀察穩定狀態的特征，科學家們可以了解影響某一系統的行為變量。例如，在上面提到的凱爾索交互節律的手指運動實驗中，研究者觀察到兩個手指在相互關聯的異相位和同相位運動中行為的穩定性。這兩種穩定狀態說明兩種協調運動模式。當手指運動速度增加時，在這兩個狀態之間一種相位的轉變發生了。在這個對程中，不穩定性就是行為模式的特征。這種不穩定性一直延續至手指速度增加到自發產生另一種新的穩定狀態時。第六十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日系統中穩定行為的恒定狀態稱為吸引子(或引力狀態)。在人類協調運動術語中，吸引子是指優先選擇的行為狀態，就像凱爾索實驗所描述的節律性手指運動的同相位和異相位伏態。吸引子是指活動的穩定區城，在此區域內，系統可以在優選狀態下運作，這時出現了典型的行為。例如，當人們以4.8公里/小時的速度運動時，手臂和腿被“吸引”形成協調的關系來產生走的步態。這種步態模式就是完成行走動作優選的運動狀態。但是，當人們以16公里/小時速度運動時，走的步態就不是優選的運動狀態。在這個速度上，大多數人是在跑，就像圖4.5中所示的那樣，所用的協調模式與走的步態模式不同。第六十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日最后，吸引子狀態不僅是以最小行為可變性為特征的穩定狀態，還是最適宜的能效狀態。這說明，當一個人以優選的速率或優選的協調模式運動時，所使用的能量就比他或她以非優選的速率或協調模式運動時要少。第六十六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日指令和控制參數動力模式觀點的倡導者將重點放在形成運動的非線性方程式，以確定除了學習和發展因素外，動作表現的穩定性和不穩定性。為了得到這些方程式，科學家們必須確定形成協調運動或與之有關的變量。在這些變量中，主要的有指令參數(有些時候使用術語集合變量)。這些是由功能的特定而抽象的變量，用來限定系統的整個行為。指令參數可使運動的協調模式再現，并且使其有別于其他模式。第六十七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日指令參數可以限定一個運動模式，所以它對于確定運動類型是十分重要的。研究者們確定最重要的指令參數是節律運動的相對相位。相對相位是數量值，它表示兩個運動部分之間的運動關系。例如，凱爾索(1984)手指節律運動任務實驗中圖4．6(c)圖所示，相對相位在同相位運動關系中是360度(與0度相同)；在異相位運動關系中是180度。這兩個相對相位取決于手指內收運動的最大相位值是360度(即0度)、外展運動的最大相位值180度。以某一共同起點為基礎，在兩個手指運動過程中任何一點計算出的運動相位值的差作為相對相位。在同相位運動中，兩個手指的共同起點就是最大內收度(即360度)。第六十八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日然后兩手指一起運動到最大外展位置(180度)，再回到最初的最大內收位置。在手指運動的任何時間，它們都具有360度的相對相位，說明兩手指在同樣的外展位置上。在異相位模式中結果相反。在任意一點，一個手指的外展度與另一手指的內收度在數值上一樣，這就說明兩手指具有180度的相對位相。另一種研究方法是測量同時發生的內收或外展運動的數值。當同相位運動時，兩手指在同一時間以同一角度外展或內收；當異相位運動時，兩手指同時運動同樣的角度，但當一個內收時另一個外展。第六十九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日當控制參數所代表的變量增加或減少時，可以影響指令參數的穩定性和特征。例如，在凱爾索的實驗中，運動頻率(即速度)就是控制參數。當運動頻率隨著節拍有規律地增加時，兩手指間相位關系發生明顯的變化。從圖4.6中的(b)和(c)圖示可以看出，同相位關系在幾次速度變化后就會出現，但是，隨著速度繼續增加，這種關系則開始被打亂，請注意圖中稱之為相位轉變的速度增加階段，同位相或異位相運動關系都沒有被觀察到；當速度繼續增加時，在某一臨界值上，新的異相位關系出現，并且趨于穩定。從實驗的角度看，控制參數的確定是十分必要的，因為它是可操作的變量，以到達評定指令參數穩定性的目的，從而進一步為確定肢體運動模式的吸引子狀態提供基礎。第七十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日從應用觀點來看，控制變量可成為評定某一協調模式穩定性的基礎，并且可以了解不易被觀察的個體協調動作特征。這種作用在康復裝置中特別有用。例如，范·埃姆里克和瓦格納(vanEmmerik﹠Wagenaar，1996)的實驗對帕金森病的患者與年齡相當的健康人控制組的被試進行觀察，比較兩者在跑步機上，適應逐漸增加的速度(即控制參數)，行走協調模式變化時，前者比后者更難適應。在此研究中，以行走時上下肢擺動之間的關系作為相對相位(即指令參數)的基礎，研究者們得出的結論是在各種不同行走速度時，對上下肢擺動間相位關系穩定性的評定可以為早期帕金森病的診斷和發現提供一項敏感的指標。第七十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日自組織

動力模式觀點中的一個重要概念就是自組織。它意味著，當某種情景具有一定的條件特征時，就會出現行為的特定穩定模式。許多物理領域里存在的自組織事例都說明這個概念在人類運動領域中也適用。例如，宇宙間沒有颶風的程序，但是颶風卻經常發生，而它們只在一定的風和水溫條件下發生。當這些變量形成一定的特征時，颶風就會自組織成一種確定的模式，位了區別于熱帶低氣壓或者其他氣候系統。第七十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日穩定性（stability）：系統在行為上的穩定狀態,它代表了一種優選的行為狀態。穩定的系統在受到輕微擾亂之后可自發地回到穩定狀態，提示其包含有固定性的意思。吸引子（attractors）：系統穩定行為的恒定狀態。在人類協調運動中，吸引子使優選行為狀態特征化。例如，兩個手指有節律地同相位和異相位運動。指令參數（orderparameters）：限定系統整體行為的功能性特定變量；它們使運動的協調模式能夠再現，并有別于其他模式(如相對相位)，也稱為集合變量。控制參數(controlparameters)：協調運動的控制變量(例如，溫度或速度以及力量)，可以根據動作情景特征自由變換。根據動作控制的動力模式觀點，當控制參數有規律的變化時(例如，速度由慢而快的增加)，指令參數可以保持穩定，或者在控制參數變化到一定程度時，改變其穩定狀態特征。第七十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日當自組織概念應用到人類協調運動時，是指當某種情景具有一定的條件特征時，就會出現肢體運動的特定模式。這樣，運動的協調模式不是由動作程序特定的，而是在情景條件和肢體動態特征的形成中進行的自組織。例如，凱爾索實驗中所示的兩個手指運動任務，同相協調模式的自組織表現為運動速度的函數(即控制參數)。同種類型的自組織還見于行走速度增加或減少時的走變成跑或跑變成走的步態轉變。第七十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日

協調結構動力模式觀點的另一個重要部分與所控制的行為單位有關。這種觀點的提倡者認為，一個人熟練動作的產生，是神經系統對特定的功能性肌肉和關節配合的控制，以使動作協調；這樣，個體才能根據環境指令完成動作。個體可以通過練習或經驗來獲得這些稱之為協調結構的功能性配合或者也可能是自然存在的。第七十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日與到達和抓住目標物體的動作有關的肌肉和關節(要控制的自由度)就是協調結構方面的例子。特別的肌肉關節組合必須一起運動，才能使一個人成功到達并抓住目標，這些組合要通過練習“轉變”為任務-專門化的整體，當一個人具有達到和抓住一個杯子的意圖，而且環境條件限定這個動作應該發生時，這個動作就會發生。然后，在肢體特征和環境限制性特征協調一致的情況下，協調結構通過自組織來完成這個動作。第七十六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日協調結構可以是固有的或通過練習形成的。與固有協調結構有關的動作包括走、跑和兩手協調運動。我們完成這些動作時，相關肢體的肌肉和關節具有一種自然的趨勢，按照肢體內在協調模式來活動。這一模式是在既往生活中，對這類動作表現特征化以后形成的。例如，在兩手協調運動技能表現中，需要同時運動上肢和手，無論在嬰幼兒(Corbetta＆Tkelen，1996)還是成人(Kelso，southard＆Goodman，1979)，其典型的表現都以一種相似的自然趨勢來同步運動上肢和手，即空間和時間上的同步，這就是說，當人們第一次學習網球發球動作時，這一動作要求兩個上肢以不同方式同時運動，他們最初的趨向是在同一時間以同一方式運動兩個上肢。相反，通過練習形成的協調結構是新的肌肉和關節組合，它們一起活動以產生協調模式，從而到達動作目標。網球發球就是經大量練習來獲得新的協調動作結構的例證。第七十七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日

專

欄在有關動作控制的動作程序和動力模式觀點的比較和不同的深入討論中，凱爾索(1997)提出了有關兩種觀點共有的一個關鍵變量—相對時間的不同意見。多年來，動作控制研究者們爭論的問題之一就是確定大腦活動和可觀察的運動表現特征之間的關系。在這個爭論中，可能的突破點就是通過腦功能成像技術，可以使研究者觀察到動作技能表現時認腦的活動。以下是凱爾索及其同事利用這項技術研究相對時間問題時所獲得的兩項關鍵性的發現。在這些實驗中，被試應用兩手協同技能，按限定有規律增加的運動速度來完成同相位或異相位(反相位)．當速度運動協調模式（見圖4.6）。腦活動和協調運動中有關相對時間的證據第七十八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日當速度較低時，在某一速度范圍內進行同相位或異相位協調模式的相對時間穩定(即固定不變)。

在臨界運動速度時，就會出現從異相位到同相位協調模式的自發轉變（即一種新的自組織協調模式)。

這個結果表明，對于相對時間來說，在動作技能表現期間，大腦產生的活動與運動水平上觀察到的行為是本質上相同的模式。凱爾索指出，這些結果對于動作控制理論爭論的重要意義在于，動態模式觀點預言了這些結果，而動作程序觀點沒有做到。第七十九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日學習特定技能時，內在協調動作結構會導致起始的動作表現困難，就像學習網球發球時的情況一樣。然而，在克服了這些內在困難之后，人們的技能表現就會得益于新形成的協調結構，即使在動作中出現少許混亂，他或她也能完成動作目標。例如，當發球時，一陣風使球偏離了它的預計路徑，網球運動員就會很快很容易地調整動作，以便成功地發球。同樣，如果一個人在便道上慢跑時，他或她會迅速且輕松地調整步態模式特征，以越過一塊石頭而避免絆倒，與此同時，仍保持慢跑的協調模式。

第八十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日知覺和動作聯結

動力模式觀點的提倡者強調，人和技能表現的物理環境之間的相互作用。從動作控制的角度來看，這種相互作用包括知覺和運動變量，只要想解釋開環動作技能控制機制，就必須考慮到這些。開環動作技能包括運動中的人和物，在第1章中已經討論過。動力模式理論提到的這種相互作用，就是知覺-動作聯結，是研究熟練開環技能表現的重要因素。相互作用中的知覺部分發現并應用環境中重要固有信息(例如，物體接觸人體或相反時的時間量)；動作部分包括動作控制特征的安排和調整，從而使執行者到達目標(例如，運動的運動學和動力學部分)。第八十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日希臘字母tau(Τ)是這種聯結過程中知覺變量的一個例子，它表示物體-人眼間的接觸時間(我們將在以后第5、6章中進一步討論)。研究者演示的由Τ引申的例子，如駕駛汽車、接球、擊球、從平臺越下以及跳遠。當一個人獲得經驗時，知覺變量與運動動態相聯結，確定的協調模式就可以在需要的時候重復產生。第八十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日自組織（self-organization）由于一定的環境特征條件而顯現的特定的穩定行為模式，而不是出于組織行為的特定的控制機制；例如，在物理領域中，颶風的自組織是由于一定的風和水溫條件的存在。協調結構(coordinativestructures)

肌肉和關節特定的功能性組合，在神經系統控下協調地產生動作。知覺-動作聯結(perception-actioncoupling)

知覺變量和動作變量的相互作用，使得某一動作的特定運動動態和知覺變量的特定特征相一致（例如，到達和抓住動作的特定運動特征與特定物體特征間的關系)。第八十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日有關知覺-動作聯結的其他例子包括翻越障礙物、爬梯子和走過一道門時所應用的協調模式。研究者們發現：道路上的障礙物、梯子以及敞開的門限定了尺寸等信息，就是一個人對有關物體尺寸與自身腿的長度(在障礙物和梯子的例子中)或身體大小(在敞開門的例子中)之間固定關系的了解。這樣，人就會在了解這種關系的基礎上，踏過或越過這個障礙物，選擇一種爬梯子的動作方式以及側身或正面走過一道門，都取決于對環境特征與個體自己身材相關特征之間關系的了解。第八十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日

專

欄用某一特定速度運動時，人們可以自發地改變從走到跑的步態模式。雖然在此變化發生的確切速度上存在個體差異，但是這種轉變似乎在每個人身上都會發生。對這種協調轉變的發生原因，動作程序理論和動力模式理論的解釋不同。動作程序理論

協調模式的相對時間結構可以區別各個一般動作程序。因為走和跑這兩種步態的特征是由不同的相對時間結構來限定的，所以，它們是由不同的一般動作程序所控制的。在某一特定速度發生從走到跑的步態轉變，是因為行走者選擇了把控制走的程序轉變為控制跑的程序。

從走到跑的步態轉變：動作程序理論和動力模式理論的解釋第八十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式理論

在肢體和軀干的協調模式中，自組織作為一種特定控制參量值以及環境條件而起作用。對于走和跑的步態模式來說，速度是一個重要的控制參量。從走到跑的模式轉變過程關系到兩種吸引子的競爭。在較低的速度時，基本吸引子狀態是走這一協調模式；當走的速度增加時，就會出現吸引子狀態失衡的特定速度階段。也就是說，在這個速度階段，走的模式出現一些轉變為跑的協調模式的自組織，并且最終在一定速度轉變為步態穩定的吸引子狀態。第八十六頁，共一百零二頁，2022年，8月28日

夏皮羅(Shapiroetal.,1981)的實驗結果的解釋(圖4.5)：

動作程序理論

當觀察到走的步態(3～6公里／小時)時，步態由一種一般動作程序控制；當觀察到跑的步態時（8～12公里／小時)，就由另一種一般動作程序控制。

動力模式理論

走和跑兩種步態代表在3—6公里／小時和10—12公里／小時速度階段保持穩定的兩種吸引子狀態，但是，在速度是7—9公里／小時的這個轉變階段，指令參數開始不穩定，—種新的步態模式[跑)開始自組織并且在一定速度階段變得穩定。第八十七頁，共一百零二頁，2022年，8月28日控制理論觀點的現狀以動作程序為基礎的理論和動力模式理論是現今說明神經系統怎樣產生協調動作的行為水平上的兩種主要理論。爭論和研究的繼續，是因為科學家們仍希望能夠回答這個重要的理論問題。這些理論倡導者之間的爭論使這一重要問題逐漸清晰，未來研究方向也更加明確。例如，現在我們知道了，控制理論不能只集中于中樞神經系統決定的運動信息，理論家們還必須考慮任務和環境特征。因此，紐厄爾（1986)恰當地指出，協調的最佳模式決定于由人、環境和任務特定制約因素之間的相互作用。第八十八頁，共一百零二頁，2022年，8月28日在動作控制理論爭論問題的解決上有不同的意見。例如：有些研究者預見到在兩種理論之間可以有折中的理論，可以發展成把兩種理論的重點結合起來的混合理論(Abernethy＆Sparrow,1992；Walter,1998)由阿曼齊恩(Amazeen,2002)報告的有些研究證實，中間理論的存在是可能的。在一系列實驗中，她指出了將動力模式理論的特定部分應用到一般動作程序理論，可以說明與獲得兩手節律性協調技能有關的表現特征，而這些特征只用一般動作程序理論不能解釋。然而，也不排除這樣的可能性，就是她的結果也可以只看作是對動力模式理論的支持。第八十九頁，共一百零二頁，2022年，8月28日

專

欄1996年，在人類運動科學雜志出版了一篇特殊文章。這篇文章講述了動作控制動態模式觀點的現實意義：在人體康復領域的應用。在文章的結論中，范·威爾英根(VanWieringen)強調了文章的主要含義。下面總結了其中的一部分。在運動障礙兒童身上觀察到的運動問題可能與知覺障礙有關。因為知覺是和動作聯結的，所以察覺視覺信息方面的缺陷就會限制運動能力。動作問題的治療措施應該是讓患者參加到真實的動作活動中。因為一些動作的發生是環境內容特征給予(即允許)這些動作的作用，所以，真實的操作環境可促進運動能力的提高。動態模式理論在人體康復中的應用第九十頁，共一百零二頁，2022年，8月28日實踐者確定功能性任務中的運動問題和運動能力，需要通過一組個體的、環境的或任務特征，在某種重要意義上，會引發一個人運動形式的改變(應用這種方法，評定腦癱患兒使用“免跳”或跳的模式來移動時，出現的協調問題的詳細討論。見Scholz,1990)。在運動障礙人群中觀察協調模式可能是適宜的，這是因為在病理條件下，動作控制系統的使用受到了制約。例如，一個痙攣性腦癱患者典型步態可能是因為肌肉萎縮而不能以“正常”步態行走的結果，這說明所觀察到的與這種步態有關的肌肉的共同收縮，是由于對萎縮肌肉的代償而不是疾病本身造成的。在這個實例中，康復應該針對肌肉力量的加強而不是減少肌肉共同運動的程度。第九十一頁，共一百零二頁，2022年，8月28日其他人認為不可能有混合理論。例如，阿伯內西和斯帕羅(Abernethy＆Sparrow,1992)認為，中間理論不可能出現，因為這兩種理論對協調動作控制問題的解釋大不相同。他們推論由于這些不同，可以預言隨著科學歷史的發展，最終只有一個會成為主導理論。凱爾索(1997)提出了同樣的觀點，只是更突出他的理論。他認為，由于動作程序觀點的許多方面可以包括在動力模式理論之中，特別是那些與固有特征和控制參數有關的部分，并且由于動力模式理論可以解釋和預言更多協調動作的行為特征，因此，它將成為主導理論。然而，迄今為止，兩種理論都沒有成為主導理論。第九十二頁，共一百零二頁，2022年，8月28日本章摘要動作控制理論，就像任何理論一樣，所觀察到的現象或行為存在的原因提供了解釋。它還為幫助實踐者形成有效的動作技能教學和訓練的環境提供了基礎。協調就是與環境對象、事件模式相關的頭、軀干和肢體的運動模式。當協調這個術語代表與技能表現有關的運動模式時，它指的是技能表現過程中某一特定時間點頭、軀干和肢體問的關系。為了學會一種良好的能完成預定動作目標的協調運動，動作控制系統必須解決自由度問題，這個問題是指制約許多使肌肉、關節的特征化的自由度。動作控制理論應該對動作控制系統如何解決這個問題提供解釋。第九十三頁，共一百零二頁，2022年，8月28日典型的動作控制理論具有開環和閉環控制系統的結合特征，兩者都包含一個控制中心、運動指令和效應器。閉環控制系統還包括反饋。作為該系統的一部分。在開環系統中，控制中心給效應器發送的是從技能表現開始到結束所需的全部運動指令。相反，閉環控制系統的控制中心將運動指令發送給效應器，使它們啟動一項技能活動；由效應器和其他來源提供的反饋信息，可使控制中心發送指令到效應器以便繼續或停止運動。動作控制理論是依據特定運動指令的側重點不同而區分的，既是側重于控制系統中心部分特定的運動指令，還是側重于環境特定的運動指令。前者普遍具有以某種形式儲存的記億表征，例如，某個動作程序，并由其給效應器提供運動指令。相反，后者強調的是這種信息和身體、肢體及神經系統之間的動態的相互作用。第九十四頁，共一百零二頁，2022年，8月28日以動作程序為基礎的理論包括一種以記憶為基礎的結構，稱之為動作程序，是用來控制協調運動的基礎。這類理論中，最普及、最具有代表性的就是施密特的圖式理論。他指出，一般動作程序是控制運動技能的中心機制。一般動作序是儲存在記憶當中的一類運動的抽象運動表征。當包含這類運動的動作表現時．就會把它提取出來。一般動作程序中儲存的是這類運動的固有特征。例如，運動事件的順序和各運動部分的相對時間和相對力量。當特定動作表現時，特定參數值就會附加在一般動作程序中，包括運動所需總時間、總力量及參與肌肉。第九十五頁，共一百零二頁，2022年，8月28日動力模式理論是針對動作程序理論中動作技能控制的記憶基礎表征的重要性提出的。動力模式理論指出，諸如恒定的環境和肢體動力學特征可以解釋大部分動作程序中的控制問