运动想象发展和本体感受整合:综述和实验的补充



补充1:运动系统的三个模型:内部模型、逆向模型、前向模型

1.1 运动系统的内部模型

内部模型,是一个模仿自然过程的行为的系统,作为一个重要的理论概念,在运动控制中显现(Kawato et al.,1987;Jordan,1995)。内部模型可以被归类于三大截然不同的概念类别中。 第一种类型是运动组织的有因果关系的体现,有时被称为forward 模型(Jordan$Rumelhart,1992)这样的模型会致力于模仿或代表运动系统的正常行为,作为对输出的运动命令的响应。例如,一个胳膊的动力学forward 模型,可能会输入目前的状态(如,关节角度和速率)运动命令被控制器发布,并产生对于新状态的估计作为输出。因此这个模型捕捉到了胳膊对于运动输出的反应的状态转化行为。通过这个状态,我们可以推测目前的运动器官的位置和速度,或者用更普遍的说法,当把一组参数和输入和系统动力学知识放在一起的时候,可决定它未来的行为。然而,状态可能,或可能不能准确的被控制器(或内部模型)熟知,并且我们需要将状态变量和感觉变量分开。这些可能在生理系统上有很大不同:人类胳膊的位置和速度,是主要被肌梭感觉到的,信息交换是在肌肉长度上而不是关节角度上。 因此,我们可以提出手臂的forward感觉输出模型,这个模型可能可以预测感觉信息(从肌肉关节、皮肤的感觉结尾处,)可能会在一个特定的状态下作为结果。这样的感觉输出模型会因此有对当前状态的输入,也有对预测感觉反馈的输出。通过提出一个forward 动力学模型和forward感觉输出模型,就可以达成对于运动命令的感觉结果的估计。(图1) 在运动学上,forward模型被作为关节坐标和手的终点坐标之间的映射。由于forward模型是有因果关系的,它们是定义的很好的功能,在这个功能里映射既不是一对一的,也不是多对一的。因此尽管同一只手的端点可能会摆成不同的手臂形态(由于灵长动物手臂有过度的活动度),毫无疑问手的位置不同,就能引发特定的手臂轮廓。 插入图片

前向/正动态模型 和 前向输出模型可以被串联并产生一个运动命令的感觉结果的估计。

1.2

第二类内部模型与运动系统的前向/正模型在概念上相似,但替代模仿外部环境的行为。这样的认知模型,可以总结环境的物理性质知识,并预测外在世界的行为。我们理解物理世界的正常行为,举例而言,我们可以精准得预测想要接住的球的轨迹(Lacquaniti & Maioli,1989);我们会因为物理世界打破了正常的行为模式而震惊(Spelke et al.,1992)。这个知识是基于前向模型的因果。尽管这些模型很可能对于运动计划来说很有用,(McIntyre et al.,1995)我们在接下来的综述里面将不会继续讨论它们。

1.3

第三类是反向模型(Atkeson,1989),颠倒了运动系统的因果流。这些模型因此概括了运动系统的行为知识,但是从他的状态和状态过渡成输出中产生,代表了产生这个状态的因果事件。例如,一个手臂的倒转的动态模型,可以估计引起一个特定动作的运动命令。这个输入可能因此会作为目前的和想得到的手臂的状态;这个输出可能会称为运动命令,是引起手臂从目前的状态转化到想要的状态的运动命令。一个倒转的感觉输出模型,可以预测与感觉流入的转变,相一致状态的转变。在运动学上,相反的运动学模型再一次颠倒了前向运动学模型,产生了一系列的形成特定手的位置的关节角度。然而,由于前向模型可能会有多对一的映射,并不能担保独特的颠倒会存在,因为这个颠倒可能是一对多的映射。这个可以在人类胳膊手的位置和关节角度之间的映射并不唯一中看出来(Craig,1986)。 )

补充2 心理测时法

心理测时法可以被定义为人脑信息处理的时序研究或者为心理活动的精确测量。心理测试法可以被用在认知心理学或行为神经科学中来解释认知过程的机理。 心理测时法是在感知运动任务中使用响应时间来推断认知操作的内容,持续时间和时间顺序。 心理测时法是实验和认知心理学的核心范式之一,并且已在包括认知心理生理学,认知神经科学和行为神经科学在内的各个学科中得到应用,以阐明认知过程的基础机制。

使用反应时间(RT)的测量来研究心理测时, 反应时间是指出现感觉刺激与随后的行为反应之间经过的时间。 在心理测量学的心理学中,它被视为处理速度的指标。 也就是说,它表示个人(需要用手)执行任务的心理操作的速度。 反过来,处理速度被认为是处理效率的指标。 行为响应通常是按下按钮,但也可以是眼睛运动,声音响应或其他一些可观察到的行为。)

补充3 前馈控制 feedforward control)

(指通过观察情况、收集整理信息、掌握规律、预测趋势,正确预计未来可能出现的问题,提前采取措施,将可能发生的偏差消除在萌芽状态中,为避免在未来不同发展阶段可能出现的问题而事先采取的措施。)

补充4 身体图式

(身体图式 (body schema)是具身认知论的焦点观念。所谓身体图式是指从感受系统输入的有关身体的信息,这些输入是原始而短暂的,但是可以简单根据需要而重新产生。它包含身体映射与监控系统body mapping and monitoring system,BMMS,本体知识proprioceptive knowledge和身体边界 body boundary三个组成部分(Damasio,2007)。BMMS用于接收、处理和传递躯体信号,如来自手脚等躯体外部器官以及胃、心脏、肺部等躯体内部器官的信号。本体知识也叫本体感受,通常用于描述与身体意识相关的各种现象,例如个体对身体的姿势和运动的感知。多数的本体感受是无意识的。但是通过表象干扰等技术也可以使个体获得本体感受,例如通过训练让个体有意注意运动或运动中的各种感觉。一般情况下,个体可以通过想象有意识地激活本体感受。身体边界是个体对于自我身体界限地一种体验,这一概念由神经学家Head(1926)提出,他发现某些脑部受损的患者不能区分自己身体的部位,也不能将自己的身体与周围的事物区分开来。)