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1、.,1,运动技能学习与控制Motor Learning & Control,任 杰,2,.,第一章 运动技能概述,3,.,一、 运动技能的定义,1、概念:,技能（skill）：经过练习而获得的完成某种任务的动作方式或心智活动方式。 运动技能（motor skill）:有特定操作目标，涉及自主身体或肢体运动的技能。 动作（action）:由身体/肢体运动产生的指向目标的运动。 运动（movement）:构成动作或运动技能的肢体或肢体联合的行为特征。,4,.,2、高水平技能的特征,成功的可能性最大，准确性高 体能和心理能力的消耗最少 时间最短,5,.,3、运动技能的三种成份,姿势成份为动作提供支持
2、平台。 身体的移动成份是身体和肢体移动到动作位置。 操作成份产生动作。,6,.,二、运动技能的分类,连续性技能和非连续性技能 开放式技能和闭锁式技能 大肌肉群运动技能和小肌肉群运动技能,.,7,区分:连续性技能和非连续性技能,8,.,区分:开放式技能 和闭锁式技能,9,.,区分:大肌肉群运动技能和小肌肉群运动技能,.,10,第二章 运动技能的测量,11,.,一、反应时,简单反应时 辨别反应时 选择反应时,12,.,13,.,二、误差测量,1、一维动作目标的误差,14,.,15,.,各种误差的计算方法,Constant Error (CE): CE=（xi-T）/n Variable Error
3、 (VE): VE=(（xi-M）/n) -2 Total Variability (E): E2=VE2+CE2 Absolute Error (AE): AE=|xi-T|/n Absolute Constant Error (|CE|): |CE |,16,.,17,.,2、二维动作目标的误差,x,y,18,.,3、连续技能的误差评估,RMSE,19,.,三、运动学方法,位移 速度 加速度 角度变化,20,.,四、动力学方法,力量（F，牛顿） 力矩,21,.,五、肌电图（EMG）,22,.,直立姿势的平衡控制,23,.,六、协调性,例如 两关节（肢体）间的协调 多关节（肢体）间的协调 两
4、人间的协调 多人间的协调,24,.,动作协调性,第一天,第三天,第二天,第四天,.,25,第三章 运动技能的控制过程,26,.,一、信息加工,1、基本过程,输入,人,输出,27,.,2、信息加工的阶段,刺激辨别阶段 应答选择阶段 应答编程阶段,输入,刺激辨别,应答编程,应答选择,输出,概念模型,28,.,29,.,3、反应时间和决策制定,反应时（reaction time, RT） 短跑起跑,30,.,乒乓球接发球,31,.,4、影响反应时间和决策制定的因素,刺激应答变化的数量 刺激应答相容性 练习的数量 预测 预测的好处 预测的开销 预测的策略,32,.,(ms),刺激数量与反应时间的关系,
5、33,.,二、应激和激活下的决策绩效,应激和激活是指由压力所引起的兴奋或激动水平。 倒“U”曲线,低 唤醒水平 高,运动成绩,34,.,35,.,倒“U”原则： 提高激活会提高绩效，但只到某个水平。 激活水平再提高就会降低绩效。 需要高难度的决策和很好的运动控制的任务，它的最佳激活水平较低。 很少需要决策制订或粗略的运动技能的最佳激活水平相对较高。 某些人比其他人更容易被激活。,36,.,不相关刺激 相关刺激 不相关刺激, ,A 注意过宽 B 理想注意 C 注意过窄,37,.,三、注意和绩效,注意：信息加工容量的局限 任务间何时会发生互相干扰？ 刺激鉴别：平行的信息加工 应答选择：自动的和受控
6、制的加工 应答编程：动作的系列化组织,38,.,注意的资源理论,中心资源容量理论（central-resource theories） 人们完成各种活动时所需要的注意资源都源于同一个中心源。 多重资源理论（multiple-resource theories）,任务A 任务B,39,.,40,.,心理不应期：对非常接近的两个刺激的第二个刺激的应答中的延迟现象被称为心理不应期（PRP），这是理解人类绩效中的一个重要现象。,41,.,第四章 感觉的作用,42,.,一、感觉信息的来源,外部感觉 视觉 听觉 触觉 内部感觉 本体感觉 运动感觉,43,.,二、闭合环路控制系统,目标 输入,比较器,效应器
7、系统,执行系统,反馈,误差,输出,44,.,刺激辨别 应答选择 应答编程,参照,比较器,误差,反馈,肌肉感觉 运动感觉 环境感觉,运动程序 脊髓 肌肉 动作 环境,45,.,长时间的、连续的任务 短时的、非连续的任务 动作技能的反射控制模型,46,.,M1应答： M2应答： 反应激发： 反应时应答：,30-50ms 50-80ms 80-120ms 120-180ms,47,.,刺激鉴别 应答选择 应答编程,运动程序 脊髓 肌肉 动作 环境,参照,比较器,误差,M2,M1,48,.,视觉,视觉的两个系统 中央视觉（central vision, foveal or focal vision）
8、外周视觉 (peripheral vision, ambient vision),49,.,刺激辨别 应答选择 应答编程,参照,比较器,误差,反馈,肌肉感觉 运动感觉 环境感觉,中央视觉,外周视觉,外周视觉与中央视觉,运动程序 脊髓 肌肉 动作 环境,50,.,视觉优势（Visual Dominance） 视觉捕获（Visual Capture） 光流（视觉流，optical flow） 碰触时间（Time to Capture） 平衡控制（Balance）,51,.,optical flow,眼球,移動目標,固定目標,52,.,视觉与运动控制,视觉和手动瞄准 (vision and manu
9、al aiming tasks) 视觉和抓握动作(vision and prehension) 视觉和书写(vision and handwriting) 视觉和移动(vision and locomotion)： 视觉和从高出落下(vision and jumping from heights) 视觉和抓住动作(vision and catching) 视觉和击打运动着的物体 (vision and batting in baseball and table tennis),53,.,视觉信息在手臂动作控制中的作用,54,.,本体感觉,本体感觉和动作控制 本体感觉（proprioceptio
10、n） 传入神经阻滞（deafferentation） 动物手术：切断神经传导 神经疾患者 神经阻断技术：捆扎 肌腱振动技术：振动器,55,.,肌腱振动技术：振动器,56,.,动物手术：切断神经传导,.,57,第5章 开放环路控制与运动程序,58,.,一、开放环路与闭合环路,目标 输入,比较器,效应器系统,执行系统,反馈,误差,输出,效应器系统,执行系统,输出,目标 输入,59,.,二、运动程序,反应时和动作复杂程度 传入神经阻滞实验 手臂的机械制动实验,60,.,刺激辨别 应答选择 应答编程,运动程序 脊髓 肌肉 动作 环境,输入,61,.,三、运动程序的修改,动作时间的变化 动作幅度的变化,
11、.,62,第6章 复杂技能,63,.,一、速度准确性技能,Fitts定律 速度准确性权衡（speed accuracy tradeoff）,64,.,二、抓握(prehension),三阶段：运达 抓住 操作 人造假肢的锻炼,65,.,三、书写（handwriting）,66,.,四、双手协调(bimanual coordination),67,.,原先平衡被打破，建立新的更为牢固的平衡的非线性变化过程。同样，这一过程也不可逆。,68,.,五、步态（gait）,69,.,70,.,第7章 个体差异和运动能力,个体差异：是人们在完成某些任务中表现出来的稳定的持久的差异。 能力和技能 能力是指个体
12、所具有的遗传的、相对持久的、稳定的特质，存在于各种运动和认知技能之中。 技能是对特定任务的精通。,71,.,能力的种类,多肢体协调 空间定向 手指灵活性 手与手臂稳定性 视敏度,反应时 移动速度 操作灵活性 机械资质 运动感觉,可能有30多种，例如,72,.,一般结论 任何技能归因于几个基本的运动技能。一个技能下，一些能力起关键的作用，而其他的作用较少。 两个不同的技能有不同的潜在的能力类型。 两个不同的技能可能又共同的能力。 疑问 促进还是限制？ 是否存在一般运动能力？ 是否存在运动学习能力？ 预测与选材,73,.,一、学习和绩效 学习（learning）：由练习或经历而引起的，相对持久的技
13、能绩效的变化。 绩效（performance）：在特定的时间和情境下某项技能的执行水平。,第8章 运动技能学习概述,74,.,绩效 是可以直接观察到的行为 暂时的 可能不是练习的结果 容易受绩效变量的影响,学习 是从绩效中推断出来的 相对持久的 是练习的结果 不受绩效变量的影响,学习是练习或经历的结果。 学习是内在的变化。 学习难以直接测量，只能从绩效的改变中加以推测。 学习是相对持久的变化。,强调,75,.,二、技能学习过程中绩效变化的主要特征,提高性 一致性 持久性 适应性,76,.,三、通过练习绩效来评估学习,绩效曲线,77,.,绩效曲线的四种趋势,78,.,练习绩效与学习的不一致 夸大
14、或低估学习 练习的高原现象,79,.,保持测试（retention tests）： 技能练习结束后间隔一段时间，再对技能进行测试。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,10组练习,保持测试,组合练习,随机练习,反应时间,80,.,迁移测试（transfer tests）： 采用与练习不同的操作技能或者操作环境来测试个体的技能学习效果。,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 2 3,10组练习,3种迁移测试,新方法,旧方法,击中目标的次数,81,.,动作协调性,第一天,第三天,第二天,第四天,82,.,四、运动技能的内隐学习,点击进入,83,.,第9章 学习的阶段,1 2 3 4
15、5 6 7 8 9 10,练习,新方法,旧方法,击中目标的次数,84,.,1、费茨和包斯纳模型,认知阶段（cognitive stage） 联结阶段（associative stage） 自动化阶段（autonomous stage）,85,.,2、金泰尔的模型,最初的阶段 后期阶段,86,.,3、学习过程中的绩效变化,变化的速度 练习的幂定律 动作协调性的变化 自由度的冻结与解冻 协调模式的变化 参与肌肉的变化（EMG） 能量消耗的变化,87,.,达到运动目标 空间目标 时间目标 视觉选择注意力的变化 有意注意（无意注意） 发现和改正错误,88,.,4、不发生变化的操作特征,对感觉反馈的依赖性,89,.,5、对前景的预测,初期绩效和后期绩效间的相关,练习时段,练习时段,绩效,相关 R,.,90,第10章 学习的迁移,91,.,1、什么是学习的迁移,以前已经学会的技能，对新技能学习
