曹揚(yáng)王樹明

(1.華東師范大學(xué)體育與健康學(xué)院;2.青少年健康評(píng)價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200241)

視覺在動(dòng)作控制中作用的研究概述①

曹揚(yáng)1王樹明2

(1.華東師范大學(xué)體育與健康學(xué)院;2.青少年健康評(píng)價(jià)與運(yùn)動(dòng)干預(yù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海 200241)

視覺是感覺系統(tǒng)的重要組成部分,來(lái)自眼睛傳入的視覺信息對(duì)調(diào)節(jié)人類的運(yùn)動(dòng)具有重要調(diào)節(jié)作用,尤其是在學(xué)習(xí)新動(dòng)作階段。一個(gè)多世紀(jì)以來(lái),視覺一直是動(dòng)作技能控制過(guò)程研究中的重要課題,該文旨在回顧以往研究、引出尚未解決的問題,對(duì)有關(guān)視覺參與動(dòng)作控制過(guò)程的研究：視覺的分類、視覺反饋加工的時(shí)間、視覺與動(dòng)作預(yù)判等做了較為全面的概述。并提出視覺在感覺統(tǒng)合中的作用、視覺個(gè)體差異性以及視覺反饋校正機(jī)制等對(duì)未來(lái)研究的展望。

視覺 視覺系統(tǒng) 視覺反饋 動(dòng)作預(yù)判

動(dòng)作控制的實(shí)現(xiàn)主要依賴于人們的感覺系統(tǒng)，感覺信息提供了個(gè)體所處的環(huán)境狀況、個(gè)體的自身狀態(tài)以及身體在環(huán)境中的狀況[1]。在分析動(dòng)作的控制是如何使用感覺信息的過(guò)程中，視覺是人和動(dòng)物最重要的感覺。就人類活動(dòng)而言，視覺提供了環(huán)境中各種物體運(yùn)動(dòng)的信息，以及環(huán)境中自身的運(yùn)動(dòng)信息，還包括很多動(dòng)作控制用以調(diào)節(jié)我們的動(dòng)作行為使之與視覺信息中的環(huán)境需求相適應(yīng)。因此，該文將從視覺的分類、視覺反饋加工的時(shí)間、視覺與動(dòng)作預(yù)判這3個(gè)角度來(lái)綜述視覺在動(dòng)作控制中的運(yùn)用以及視覺參與動(dòng)作控制過(guò)程的研究進(jìn)展。

1 視覺的分類

在傳統(tǒng)的視覺分類研究中有兩大熱點(diǎn)問題，第一，研究者通常根據(jù)視覺信息的搜索方式將視覺分為單眼視覺與雙眼視覺，研究發(fā)現(xiàn)在雙眼視覺信息條件下，動(dòng)作控制系統(tǒng)能夠操作得更有效而經(jīng)濟(jì)。第二，研究者通過(guò)視覺信息落入視區(qū)區(qū)域?qū)⒁曈X分為中央視覺與外周視覺，研究發(fā)現(xiàn)外周視覺提供了有關(guān)環(huán)境以及運(yùn)動(dòng)肢體的信息，而中央視覺只提供關(guān)于物體本身如物體大小、形狀的信息。在動(dòng)作技能控制過(guò)程研究中常從解剖學(xué)角度，將視覺系統(tǒng)分為背側(cè)和腹側(cè)視覺系統(tǒng)。這一分類也是研究任何視覺加工問題的生理基礎(chǔ)。

研究發(fā)現(xiàn)兩種假設(shè)結(jié)構(gòu)的明顯分離現(xiàn)象:腹側(cè)流加工的是視知覺(辨別)，而背側(cè)流加工的是動(dòng)作視覺[2]。

1.1腦受傷病人的知覺-動(dòng)作分離

來(lái)自對(duì)具體腦區(qū)損傷包括視覺輸入加工損傷病人的研究發(fā)現(xiàn)，有充分證據(jù)證明視知覺與動(dòng)作視覺的分離現(xiàn)象?；家曈X失調(diào)的腦損傷病人能夠看到物體，但不能使用這些信息準(zhǔn)確地觸到物體?；家曈X認(rèn)知障礙的病人不能識(shí)別一般的物體，卻可以運(yùn)用物體的視覺信息做出準(zhǔn)確的抓握動(dòng)作。通過(guò)不同病人運(yùn)用視力去完成同一個(gè)任務(wù)，這一分離試驗(yàn)是用于區(qū)分兩種視覺流的重要發(fā)現(xiàn)。研究人員還通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和健康個(gè)體的行為實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究了這些視覺系統(tǒng)現(xiàn)象。

1.2知覺-動(dòng)作機(jī)制分離的行為研究

在兩個(gè)視覺系統(tǒng)的行為識(shí)別過(guò)程中，一項(xiàng)重要的早期研究是來(lái)自于Bridgeman等。他們?cè)谘芯恐惺褂靡粋€(gè)誘導(dǎo)運(yùn)動(dòng)范式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，被試能準(zhǔn)確地指向?qū)嶋H位置，即使對(duì)靶目標(biāo)位置的意識(shí)知覺因背景的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了偏差，但提供給運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)瞄準(zhǔn)的信息卻未受影響。

這一效果是一種雙重分離現(xiàn)象，首先，運(yùn)動(dòng)背景影響了對(duì)目標(biāo)位置的意識(shí)知覺，但沒有影響位置的判斷；其次，靶目標(biāo)實(shí)際位置的改變也沒有因背景而使判斷方向產(chǎn)生偏差。這表明個(gè)體對(duì)靶目標(biāo)位置的意識(shí)知覺即腹側(cè)視覺可以因背景變化而產(chǎn)生偏差，但運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)獲得其他信息即背側(cè)視覺并沒有因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)背景而產(chǎn)生偏差。

2 視覺反饋加工的時(shí)間

有視覺參與的瞄準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)比無(wú)視覺參與的運(yùn)動(dòng)更準(zhǔn)確，但前提是你要有足夠時(shí)間去加工視覺反饋。無(wú)論是否獲取視覺信息，在視覺反饋被加工之前的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)都不準(zhǔn)確。視覺反饋的加工需要時(shí)間，動(dòng)作越快，可利用的時(shí)間越短，動(dòng)作準(zhǔn)確性就越差，因此，探究加工視覺反饋所需時(shí)間問題十分必要。在過(guò)去的一個(gè)多世紀(jì)里，研究者使用各種不同的理論和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)這一問題進(jìn)行了研究。

2.1朝向固定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)

為了探討視覺反饋加工所需的時(shí)間問題，Woodworth做了一項(xiàng)經(jīng)典的瞄準(zhǔn)固定目標(biāo)實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間大于或等于250ms時(shí)，視覺反饋對(duì)操作績(jī)效產(chǎn)生了積極性作用，而當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間等于或小于215 ms時(shí)，有無(wú)視覺操作績(jī)效幾乎差不多。

但研究者提出，如果被試預(yù)先知道視覺可用或不可用，比突然意外失去視覺可能會(huì)更多的利用視覺，可以對(duì)更短時(shí)間的視覺反饋進(jìn)行加工。隨著運(yùn)動(dòng)分析技術(shù)的發(fā)展，研究者可以對(duì)這些運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，從而對(duì)被試使用視覺信息做出更精確的評(píng)價(jià)。

2.2攔截目標(biāo)運(yùn)動(dòng)

目標(biāo)攔截在體育運(yùn)動(dòng)中很普遍，目標(biāo)攔截有兩種情況:一種是目標(biāo)固定不動(dòng)，人們通過(guò)主動(dòng)擊中目標(biāo)；另一種情況就是在不斷變化的環(huán)境中進(jìn)行目標(biāo)攔截動(dòng)作。Paulignan等研究指出，當(dāng)一個(gè)靜止物體發(fā)生變化時(shí)，短到變化前100 ms的視覺信息對(duì)動(dòng)作控制都有用，但一旦情境轉(zhuǎn)變，對(duì)動(dòng)作的判斷就沒有影響，說(shuō)明視覺信息不僅對(duì)動(dòng)作控制有影響，還存在階段性差異。

視覺在不同情況下對(duì)動(dòng)作控制的實(shí)際加工時(shí)間比通過(guò)視覺刺激反應(yīng)時(shí)的估計(jì)要小得多，之所以存在差異的原因之一是各種非自然的實(shí)驗(yàn)條件導(dǎo)致了策略性差異。在某些情境中，被試在運(yùn)動(dòng)的開始階段采取故意犯錯(cuò)，以降低視覺反饋信息的不準(zhǔn)確性。人們對(duì)攔截目標(biāo)視覺加工研究質(zhì)疑的主要問題是實(shí)驗(yàn)性的視覺掩蔽方法，缺乏生態(tài)性，在實(shí)際這類情境中并不是經(jīng)常出現(xiàn)。

3 視覺與動(dòng)作預(yù)判

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與環(huán)境的變化相互影響，這種情況在球類運(yùn)動(dòng)中很多，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員原地?cái)r截一個(gè)移動(dòng)的物體，如，棒球中的擊球，或籃球運(yùn)動(dòng)中的行進(jìn)間接球。在這類情境中，環(huán)境變化的信息是用來(lái)準(zhǔn)備預(yù)期動(dòng)作的，從而幫助個(gè)體完成這一任務(wù)。

3.1攔截控制

大多數(shù)關(guān)于視覺在攔截活動(dòng)中的作用研究都有一個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。Savelsbergh等研究指出，視覺的主要作用是提供以下具體信息:(1)在何時(shí)攔截物體，即時(shí)間接觸信息；(2)在何處攔截目標(biāo)，包括球飛行的空間特征信息。研究表明，視覺系統(tǒng)以不同的方式這些不同的信息。

McLeod等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)[3]，球員和球之間的視覺仰角是決定截球位置的關(guān)鍵信息。如果球員能夠根據(jù)視覺信息來(lái)調(diào)整跑動(dòng)速度，就能夠跑到正確的位置截住球。這一策略并不能一定保證球員能夠成功地截獲球，只有當(dāng)球員在正確的時(shí)間跑到正確的地點(diǎn)才有可能成功截獲。

3.2整個(gè)身體動(dòng)作的控制

早期的姿態(tài)控制研究主要集中于生理機(jī)制方面，研究關(guān)注的是部分軀體控制問題，如，平衡、步態(tài)，并沒有涉及到整個(gè)軀體的運(yùn)動(dòng)控制。然而在人體喪失平衡時(shí)，感受器單獨(dú)或以某種結(jié)合方式提供必要的反饋信息并為啟動(dòng)校正提供依據(jù)。那么在這一過(guò)程中，作為重要的視覺同樣也參與了平衡控制。

3.2.1視覺與平衡

平衡控制的第三種渠道就來(lái)自于視覺，來(lái)自于我們視覺性本體感覺的反饋。通過(guò)分析周圍環(huán)境中各平面和成分的視覺流，來(lái)確定眼睛以及頭和身體在空中的位置，以及如何運(yùn)動(dòng)。Lee指出，盲人對(duì)于姿勢(shì)的控制要比普通人差一些；失去視覺的人在站立的時(shí)候會(huì)搖晃得更厲害。同樣，普通人在閉眼站立時(shí)也會(huì)有更多地?fù)u晃。這都說(shuō)明了視覺參加了平衡的控制。

Lee等的“移動(dòng)的房間”經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為這種觀點(diǎn)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。在地板固定的房間里，墻壁移動(dòng)并不會(huì)直接影響關(guān)節(jié)的角度、肌肉長(zhǎng)度以及前庭器官，但卻導(dǎo)致了被試視覺流的變化，視角逐漸增加使被試認(rèn)為機(jī)體失去了平衡，由此產(chǎn)生了相反方向的動(dòng)作補(bǔ)償。Nashner等指出，人們對(duì)視覺流變化最快可在100 ms左右做出反應(yīng)，表明這些補(bǔ)償發(fā)生得非?？欤⑶沂亲詣?dòng)發(fā)生的?，F(xiàn)在較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為，視覺參與了姿態(tài)平衡的控制。

3.2.2視覺和步態(tài)

在日常生活中我們走過(guò)繁華的街道，穿過(guò)擁擠的街市卻很少撞到物體或他人，跑在不平坦的路面上，我們會(huì)跨過(guò)障礙物而有選擇地落步在平坦的地面上，在這些情境中我們都用視覺來(lái)調(diào)整步幅從而很好地穿過(guò)環(huán)境。

Warren等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)為跨越障礙物所做出的步態(tài)調(diào)整與發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物到跨越障礙物期間的接觸時(shí)間有關(guān)，而當(dāng)障礙物是易碎品時(shí)，先邁出的腿會(huì)采用更大地步幅[4]。在穿過(guò)通道的過(guò)程中，對(duì)于任何一個(gè)小于人類肩膀?qū)挾?.3倍的通道，人類通常會(huì)側(cè)過(guò)身來(lái)以確保有效地通過(guò)?？傊?，為了安全而有效地穿過(guò)復(fù)雜環(huán)境，人類不可避免地要使用視覺線索。

4 結(jié)語(yǔ)

視覺作為感覺的重要組成部分在人類動(dòng)作技能學(xué)習(xí)與控制中起到極其重要的作用，在近一百多年對(duì)人類動(dòng)作發(fā)展的研究過(guò)程中，隨著研究工具不斷地進(jìn)步，對(duì)視覺加工發(fā)生機(jī)制的研究準(zhǔn)確性不斷地提升，然而當(dāng)前對(duì)視覺的研究還需要進(jìn)一步探究其在感覺統(tǒng)合中的作用、個(gè)體的差異性以及視覺反饋不斷校正的機(jī)制。

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G804.2

A

2095-2813(2016)04(a)-0152-02

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.10.152

①曹揚(yáng)(1991—)，女，漢，安徽安慶人，在讀碩士研究生，研究方向:動(dòng)作技能學(xué)習(xí)與控制。

王樹明(1965—)，男，漢，安徽壽縣人，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，研究方向:動(dòng)作技能與控制、運(yùn)動(dòng)心理學(xué)。