運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)與控制課件第四章感覺系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的作用

1、第四章 感覺系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的作用第四章 感覺系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的作用學(xué)習(xí)目標(biāo)通過(guò)本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，理解：1.各種感覺信息在動(dòng)作控制中的作用及意義2.閉環(huán)控制系統(tǒng)的動(dòng)作控制3.視覺在動(dòng)作控制中的重要作用關(guān)鍵概念閉環(huán)控制系統(tǒng) (closed-loop control system)反饋（feedback）動(dòng)作視覺（vision for action）知覺視覺（vision for perception）觸前時(shí)間（time to contact,TC）前饋（feedforward）學(xué)習(xí)目標(biāo)通過(guò)本章內(nèi)容的學(xué)習(xí)，理解：第一節(jié) 感覺系統(tǒng)與閉環(huán)控制第一節(jié) 感覺系統(tǒng)與閉環(huán)控制一、感覺系統(tǒng)一、感覺系統(tǒng)一、感覺系統(tǒng)感覺

2、統(tǒng)合的腦機(jī)制一、感覺系統(tǒng)感覺統(tǒng)合的腦機(jī)制二、感覺信息與閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)控制：又稱反饋控制執(zhí)行系統(tǒng)是對(duì)誤差進(jìn)行決策判斷。效應(yīng)器系統(tǒng)是實(shí)施所作的決策。反饋與正確的參照值相比較來(lái)確定誤差。誤差信號(hào)是繼續(xù)被執(zhí)行系統(tǒng)所使用的信息。二、感覺信息與閉環(huán)系統(tǒng)閉環(huán)控制：又稱反饋控制二、感覺信息與閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中的閉環(huán)控制模型二、感覺信息與閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)中的閉環(huán)控制模型三、反射性閉環(huán)控制系統(tǒng)M1反應(yīng)：?jiǎn)瓮挥|反射30-50msM2反應(yīng)：長(zhǎng)環(huán)反射50-80ms觸發(fā)反應(yīng)80-120msM3反應(yīng)：反應(yīng)時(shí)120-180ms三、反射性閉環(huán)控制系統(tǒng)M1反應(yīng)：?jiǎn)瓮挥|反射三、反射性閉環(huán)控制系統(tǒng)三、反射性閉環(huán)控制系統(tǒng)第二節(jié) 視覺與動(dòng)作控制第

3、二節(jié) 視覺與動(dòng)作控制視覺的兩個(gè)系統(tǒng)中央視覺（central vision, foveal or focal vision）外周視覺 (peripheral vision, ambient vision)一、視覺信息視覺的兩個(gè)系統(tǒng)一、視覺信息一、視覺信息腹側(cè)視覺系統(tǒng)：有意識(shí)分析的知覺。只限制在中央視覺需要聚焦和充足的光線。于人體注視聚焦的物體很敏感背側(cè)視覺系統(tǒng)為運(yùn)動(dòng)的視覺控制提供知覺信息全視野的（接近180度），不要求聚焦光線微弱的情況下也能工作。一、視覺信息腹側(cè)視覺系統(tǒng)：optical flow眼球移動(dòng)目標(biāo)固定目標(biāo)optical flow眼球移動(dòng)目標(biāo)固定目標(biāo)網(wǎng)球擊球時(shí)，何時(shí)開始動(dòng)作，何時(shí)球拍與

4、球接觸，這些信息的獲得離不開視覺信息。當(dāng)球接近人時(shí)，球距離越近，視網(wǎng)膜上的投影的變化率越大。通過(guò)這種信息可以判斷物體接觸到視網(wǎng)膜的時(shí)間，即觸前時(shí)間Tc.一、視覺信息網(wǎng)球擊球時(shí)，何時(shí)開始動(dòng)作，何時(shí)球拍與球接觸，這些信息的獲得離一、視覺信息運(yùn)動(dòng)員運(yùn)用視覺信息來(lái)準(zhǔn)確起跳。接近40%的調(diào)整都發(fā)生在最后一步。一、視覺信息運(yùn)動(dòng)員運(yùn)用視覺信息來(lái)準(zhǔn)確起跳。二、視覺反饋時(shí)間虛線表示一直亮燈的控制組抓球前，被試看不到球的時(shí)間分別為300、250、200、150和100ms結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抓球的成績(jī)隨著無(wú)視覺時(shí)間縮短而提高，即使在抓前無(wú)視覺時(shí)間為150與100ms也存在差異。說(shuō)明即使只有不到100ms的視覺信息都可以對(duì)抓

5、住球起到積極性作用。二、視覺反饋時(shí)間虛線表示一直亮燈的控制組第三節(jié) 聽覺與動(dòng)作控制第三節(jié) 聽覺與動(dòng)作控制聽覺與動(dòng)作控制跑步的腳步聲反映出跑步者的節(jié)奏；球棒撞擊聲為棒球運(yùn)動(dòng)員提供棒球被擊中程度的信息；高爾夫球手通過(guò)桿頭與球碰撞聲音判斷擊球情況聽覺與動(dòng)作控制跑步的腳步聲反映出跑步者的節(jié)奏；一般來(lái)說(shuō)，聽覺信息的傳遞速度比視覺信息要快，但視覺信息比聽覺信息要更為重要。有些研究者認(rèn)為，兩種信息以相同的方式發(fā)揮作用。例如，蝙蝠在黑色的洞穴中飛行時(shí)，利用聲波信息進(jìn)行方位定向，從物體反射回來(lái)（外部感受反饋）以及自身運(yùn)動(dòng)（本體感受反饋）的聲音為它們?cè)诙囱ㄖ卸ㄎ惶峁┬畔?。聽覺與動(dòng)作控制一般來(lái)說(shuō)，聽覺信息的傳遞速度

6、比視覺信息要快，但視覺信息比聽覺 在運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)過(guò)程中，技巧性的動(dòng)作需要精確的空間與時(shí)間調(diào)控才能順利完成。研究表明，聽覺導(dǎo)引狀況下的節(jié)律性手指動(dòng)作在目標(biāo)信號(hào)與動(dòng)作間出現(xiàn)的吻合度較高，而視覺導(dǎo)引狀況下的動(dòng)作吻合度則較聽覺導(dǎo)引差。影像學(xué)研究也顯示：不同感覺導(dǎo)引狀況下的節(jié)律性手指動(dòng)作所激發(fā)的腦部活動(dòng)回路也不盡相同。但是，不同感覺信息是如何影響最終動(dòng)作表現(xiàn)的目前還不清楚，聽覺在運(yùn)動(dòng)控制中的作用也還需要進(jìn)一步探索。 在運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)過(guò)程中，技巧性的動(dòng)作需要精確的空間聽覺與動(dòng)作的控制跑步的腳步聲反映出跑步者的節(jié)奏；球棒撞擊聲為棒球運(yùn)動(dòng)員提供棒球被擊中程度的信息；高爾夫球手通過(guò)桿頭與球碰撞聲音判斷擊球情況聽覺

7、與動(dòng)作的控制跑步的腳步聲反映出跑步者的節(jié)奏；第四節(jié) 本體感覺與動(dòng)作控制第四節(jié) 本體感覺與動(dòng)作控制本體感覺：對(duì)肢體、軀干和頭部運(yùn)動(dòng)特征的感知；是由傳入神經(jīng)通路傳送到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)于如肢體活動(dòng)方向、位置、空間定位和速度等特征的本體感覺信息。閉環(huán)模式：本體感覺反饋顯著作用本體感覺信息可以使對(duì)動(dòng)作進(jìn)行修正開環(huán)模式：不需要本體感覺反饋本體感覺存在，但因時(shí)間限制，動(dòng)作來(lái)不及修正。如快速投擲動(dòng)作。一、本體感受器本體感覺：一、本體感受器無(wú)本體感覺的表現(xiàn)去感覺神經(jīng)動(dòng)物手術(shù)：切斷神經(jīng)傳導(dǎo)神經(jīng)疾患者暫時(shí)的神經(jīng)阻斷技術(shù)：捆扎人可以在肌肉和關(guān)節(jié)傳入感覺缺失的情況下完成手、臂空間定位肌腱振動(dòng)技術(shù)：振動(dòng)器本體感覺反饋失真

8、。無(wú)本體感覺的表現(xiàn)去感覺神經(jīng)動(dòng)物手術(shù)：切斷神經(jīng)傳導(dǎo)精度明顯不如從前，但依然具有完成技能的能力動(dòng)物手術(shù)：切斷神經(jīng)傳導(dǎo)精度明顯不如從前，但依然具有完成技能的肌腱振動(dòng)技術(shù)：肌腱振動(dòng)技術(shù)：影響運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性對(duì)肢體錯(cuò)誤位置的反饋提供了糾錯(cuò)的基礎(chǔ)。影響動(dòng)作指令的開始時(shí)間例如，伸直食指同時(shí)提踵。肢體協(xié)調(diào)二、本體感覺的作用影響運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性二、本體感覺的作用第五節(jié) 前饋對(duì)動(dòng)作控制的影響第五節(jié) 前饋對(duì)動(dòng)作控制的影響前饋在動(dòng)作產(chǎn)生前，進(jìn)行預(yù)測(cè)并采取措施，使可能出現(xiàn)的偏差可以事先解決的控制方法叫做前饋控制。前饋在動(dòng)作產(chǎn)生前，進(jìn)行預(yù)測(cè)并采取措施，使可能出現(xiàn)的偏差可以事 Brodie等（1985）指出，人體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)比被動(dòng)運(yùn)

9、動(dòng)的動(dòng)覺能力水平高。他做了個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)，任務(wù)是被試觸摸幾塊粗糙程度不同的砂紙，閉上眼睛根據(jù)食指感受的粗細(xì)程度對(duì)它們進(jìn)行排列。首先，在砂紙上主動(dòng)用手摸，隨后由其他人拿著你的手以相同的方式在紙上摸，即被試是被動(dòng)的。你會(huì)發(fā)現(xiàn)在被動(dòng)條件下手對(duì)砂紙的感知能力會(huì)下降很多。 思考一下為什么？一種解釋可能是在主動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)送的運(yùn)動(dòng)開始命令的同時(shí)，也同時(shí)輸出復(fù)制到大腦的感覺區(qū)域，從而對(duì)反饋信息做出正確的評(píng)價(jià)。 Brodie等（1985）指出，人體主動(dòng)運(yùn)動(dòng)比被動(dòng)運(yùn)掃視眼動(dòng) Saccade目光在注視點(diǎn)之間快速短暫的運(yùn)動(dòng)掃視眼動(dòng) Saccade目光在注視點(diǎn)之間快速短暫的運(yùn)動(dòng)視覺追蹤的方法追蹤一個(gè)步行的老人 需要眼動(dòng)速度 40 -70 /s 慢速、平滑眼動(dòng)追蹤排球扣球需要眼動(dòng)速度500 /s