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1、运动技能学习与控制Motor Learning&Control,任 杰,第一章 运动技能概述,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。,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,3、运动技能的三种成份,姿势成份为动作提供支持平台。身体的移动成份是身体和肢体移动到动作位置。操作成份
2、产生动作。,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,区分:连续性技能和非连续性技能,区分:开放式技能 和闭锁式技能,区分:大肌肉群运动技能和小肌肉群运动技能,第二章 运动技能的测量,一、反应时,简单反应时辨别反应时选择反应时,二、误差测量,1、一维动作目标的误差,各种误差的计算方法,Constant Error(CE):CE=（xi-T）/nVariable Error(VE):VE=(（xi-M）/n)-2Total Variability(E):E2=VE2+CE2Absolute Error(AE):AE=|xi-T|/nAb
3、solute Constant Error(|CE|):|CE|,2、二维动作目标的误差,x,y,3、连续技能的误差评估,RMSE,三、运动学方法,位移速度加速度角度变化,四、动力学方法,力量（F，牛顿）力矩,五、肌电图（EMG）,直立姿势的平衡控制,六、协调性,例如两关节（肢体）间的协调多关节（肢体）间的协调两人间的协调多人间的协调,动作协调性,第一天,第三天,第二天,第四天,第三章 运动技能的控制过程,一、信息加工,1、基本过程,输入,人,输出,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,3、反应时间和决策制定,反应时（re
4、action time,RT）短跑起跑,乒乓球接发球,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,(ms),刺激数量与反应时间的关系,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,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。,不相关刺激 相关刺激 不相关刺激,A 注意过宽B 理想注
5、意C 注意过窄,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：自动的和受控制的加工 应答编程：动作的系列化组织,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,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。,第四章 感觉的作用,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
6、觉,二、闭合环路控制系统,目标输入,比较器,效应器系统,执行系统,反馈,误差,输出,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,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,M1应答：M2应答：反应激发：反应时应答：,30-50ms50-80ms80-120ms120-180ms,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,视觉,视觉的两个系统中央视觉（central vision,foveal or focal vision）外周视觉(peripheral vision,am
7、bient vision),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,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）,optical flow,眼球,移動目標,固定目標,视觉与运动控制,视觉和手动瞄准(vision and manual aiming tasks)视觉和抓握动作(vision and prehension)视觉和书写(vision a
8、nd 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),视觉信息在手臂动作控制中的作用,本体感觉,本体感觉和动作控制本体感觉（proprioception）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,肌腱振动技术：振动器,动物手术：切
9、断神经传导,第5章 开放环路控制与运动程序,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,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,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,三、运动程序的修改,动作时间的变化动作幅度的变化,第6章 复杂技能,一、速度准确性技能,Fitts定律速度准确性权衡（speed accuracy tradeoff）,二、抓握(prehension),三阶段：运达 抓住 操作人造假肢的锻炼,三、书写（handwriting）,四、双手协调(bimanual
10、 coordination),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。,五、步态（gait）,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。,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,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
11、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,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,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,二、技能学习过程中绩效变化的主要特征,提高性一致性
12、持久性适应性,三、通过练习绩效来评估学习,绩效曲线,绩效曲线的四种趋势,练习绩效与学习的不一致夸大或低估学习练习的高原现象,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,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,动作协调性,第一天,第三天,第二天,第四天,四、运动技能的内隐学习,点击
13、进入,第9章 学习的阶段,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10,练习,新方法,旧方法,击中目标的次数,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）,2、金泰尔的模型,最初的阶段后期阶段,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,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,4、不发生变化的操作特征,对感觉反馈的依赖性,5、对前景的预测,初期绩效和后期
14、绩效间的相关,练习时段,练习时段,绩效,相关 R,第10章 学习的迁移,1、什么是学习的迁移,以前已经学会的技能，对新技能学习或者在新的环境中操作该技能所产生的影响。正迁移负迁移零迁移,2、迁移的重要性,技能学习的先后顺序指导方法对训练效果的评价,3、正迁移的发生,技能和情景构成的相似性需求程序的相似性完成两种技能或操作情景所需求的认知过程的相似性。,4、负迁移的发生,负迁移发生的情景负迁移发生的暂时性,5、两侧迁移,发生在两侧肢体间的学习迁移通过对一侧肢体的训练，使得另一侧肢体的操作技能也得到提高。,第十一章、练习的组织,1、示范的含义,“百闻不如一见”模型（modeling）观察学习（ob
15、servation learning）,一、示范与口授,2、如何示范,新手和熟练者的示范示范的时机和频率图像和音频示范,3、口授,口授与注意 言语线索与视觉的搜索策略 技能的内隐学习和外显学习,1、练习的变异性,练习的变异性（practice variability）：练习者在技能练习过程中体验到的动作特征和背景特征的变化。固定练习法变换练习法,二、组块练习和随机练习,图式理论认为练习形式变化多的比变化少的产生的学习效果更好。在学习初始阶段出现操作错误多的练习者比操作错误少的练习者最终的学习效果好。,练习变异性的实施,组块练习（blocked practice）随机练习（random prac
16、tice）序列练习（serial practice）,投篮练习,背景干扰（contextual interference）：文脉、上下文背景干扰效应的局限性任务特征学习者特征,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,2、练习量和练习分布,过度学习（overlearning）：超过实现特定操作标准所需练习量以外的附加练习。练习分布集中练习分散练习,三、整体和分解练习,略,第12章 追加反馈,一、反馈的种类,任务内在反馈（task-intrinsic feedback）技能操作时个体自然而然获得的感觉信息追加反馈（augmented feedback）与技能操作相关的感觉反馈之外的附加信息。,二、追加反馈的作用,激励作用激励练习者更加努力地练习强化作用对运动结果进行强化提供信息作用为练习者提供掌握正确动作，修正错误动作的大量信息依赖效应（阻碍作用）,三、追加反馈的内容,正确与错误KR与KP定性与定量错误量的大小（带幅）错误的追加反馈,带幅反馈的设定方式,四、绩效反馈的类型,言语KP录像运动学特征生物反馈,五、追加反馈的时机,同步反馈末端反馈延迟反馈,试验1 反馈 试验2,测试间隔,(Swinnen et al.1990),六、追加反馈的频率,
