視覺在動作控制中作用的研究概述①

曹揚王樹明

(1.華東師范大學體育與健康學院;2.青少年健康評價與運動干預教育部重點實驗室 上海 200241)

視覺在動作控制中作用的研究概述①

曹揚1王樹明2

(1.華東師范大學體育與健康學院;2.青少年健康評價與運動干預教育部重點實驗室 上海 200241)

視覺是感覺系統(tǒng)的重要組成部分,來自眼睛傳入的視覺信息對調節(jié)人類的運動具有重要調節(jié)作用,尤其是在學習新動作階段。一個多世紀以來,視覺一直是動作技能控制過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,對有關視覺參與動作控制過程的研究：視覺的分類、視覺反饋加工的時間、視覺與動作預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、視覺個體差異性以及視覺反饋校正機制等對未來研究的展望。

視覺 視覺系統(tǒng) 視覺反饋 動作預判

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

1 視覺的分類

在傳統(tǒng)的視覺分類研究中有兩大熱點問題，第一，研究者通常根據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，動作控制系統(tǒng)能夠操作得更有效而經濟。第二，研究者通過視覺信息落入視區(qū)區(qū)域將視覺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環(huán)境以及運動肢體的信息，而中央視覺只提供關于物體本身如物體大小、形狀的信息。在動作技能控制過程研究中常從解剖學角度，將視覺系統(tǒng)分為背側和腹側視覺系統(tǒng)。這一分類也是研究任何視覺加工問題的生理基礎。

研究發(fā)現(xiàn)兩種假設結構的明顯分離現(xiàn)象:腹側流加工的是視知覺(辨別)，而背側流加工的是動作視覺[2]。

1.1腦受傷病人的知覺-動作分離

來自對具體腦區(qū)損傷包括視覺輸入加工損傷病人的研究發(fā)現(xiàn)，有充分證據證明視知覺與動作視覺的分離現(xiàn)象?；家曈X失調的腦損傷病人能夠看到物體，但不能使用這些信息準確地觸到物體?；家曈X認知障礙的病人不能識別一般的物體，卻可以運用物體的視覺信息做出準確的抓握動作。通過不同病人運用視力去完成同一個任務，這一分離試驗是用于區(qū)分兩種視覺流的重要發(fā)現(xiàn)。研究人員還通過動物實驗和健康個體的行為實驗進一步研究了這些視覺系統(tǒng)現(xiàn)象。

1.2知覺-動作機制分離的行為研究

在兩個視覺系統(tǒng)的行為識別過程中，一項重要的早期研究是來自于Bridgeman等。他們在研究中使用一個誘導運動范式，結果發(fā)現(xiàn)，被試能準確地指向實際位置，即使對靶目標位置的意識知覺因背景的運動產生了偏差，但提供給運動系統(tǒng)瞄準的信息卻未受影響。

這一效果是一種雙重分離現(xiàn)象，首先，運動背景影響了對目標位置的意識知覺，但沒有影響位置的判斷；其次，靶目標實際位置的改變也沒有因背景而使判斷方向產生偏差。這表明個體對靶目標位置的意識知覺即腹側視覺可以因背景變化而產生偏差，但運動系統(tǒng)獲得其他信息即背側視覺并沒有因為運動背景而產生偏差。

2 視覺反饋加工的時間

有視覺參與的瞄準運動比無視覺參與的運動更準確，但前提是你要有足夠時間去加工視覺反饋。無論是否獲取視覺信息，在視覺反饋被加工之前的運動預測都不準確。視覺反饋的加工需要時間，動作越快，可利用的時間越短，動作準確性就越差，因此，探究加工視覺反饋所需時間問題十分必要。在過去的一個多世紀里，研究者使用各種不同的理論和實驗方法對這一問題進行了研究。

2.1朝向固定目標運動

為了探討視覺反饋加工所需的時間問題，Woodworth做了一項經典的瞄準固定目標實驗，研究發(fā)現(xiàn)運動時間大于或等于250ms時，視覺反饋對操作績效產生了積極性作用，而當運動時間等于或小于215 ms時，有無視覺操作績效幾乎差不多。

但研究者提出，如果被試預先知道視覺可用或不可用，比突然意外失去視覺可能會更多的利用視覺，可以對更短時間的視覺反饋進行加工。隨著運動分析技術的發(fā)展，研究者可以對這些運動進行運動學分析，從而對被試使用視覺信息做出更精確的評價。

2.2攔截目標運動

目標攔截在體育運動中很普遍，目標攔截有兩種情況:一種是目標固定不動，人們通過主動擊中目標；另一種情況就是在不斷變化的環(huán)境中進行目標攔截動作。Paulignan等研究指出，當一個靜止物體發(fā)生變化時，短到變化前100 ms的視覺信息對動作控制都有用，但一旦情境轉變，對動作的判斷就沒有影響，說明視覺信息不僅對動作控制有影響，還存在階段性差異。

視覺在不同情況下對動作控制的實際加工時間比通過視覺刺激反應時的估計要小得多，之所以存在差異的原因之一是各種非自然的實驗條件導致了策略性差異。在某些情境中，被試在運動的開始階段采取故意犯錯，以降低視覺反饋信息的不準確性。人們對攔截目標視覺加工研究質疑的主要問題是實驗性的視覺掩蔽方法，缺乏生態(tài)性，在實際這類情境中并不是經常出現(xiàn)。

3 視覺與動作預判

運動目標與環(huán)境的變化相互影響，這種情況在球類運動中很多，當運動員原地攔截一個移動的物體，如，棒球中的擊球，或籃球運動中的行進間接球。在這類情境中，環(huán)境變化的信息是用來準備預期動作的，從而幫助個體完成這一任務。

3.1攔截控制

大多數(shù)關于視覺在攔截活動中的作用研究都有一個運動目標。Savelsbergh等研究指出，視覺的主要作用是提供以下具體信息:(1)在何時攔截物體，即時間接觸信息；(2)在何處攔截目標，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鍵信息。如果球員能夠根據視覺信息來調整跑動速度，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，只有當球員在正確的時間跑到正確的地點才有可能成功截獲。

3.2整個身體動作的控制

早期的姿態(tài)控制研究主要集中于生理機制方面，研究關注的是部分軀體控制問題，如，平衡、步態(tài)，并沒有涉及到整個軀體的運動控制。然而在人體喪失平衡時，感受器單獨或以某種結合方式提供必要的反饋信息并為啟動校正提供依據。那么在這一過程中，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自于視覺，來自于我們視覺性本體感覺的反饋。通過分析周圍環(huán)境中各平面和成分的視覺流，來確定眼睛以及頭和身體在空中的位置，以及如何運動。Lee指出，盲人對于姿勢的控制要比普通人差一些；失去視覺的人在站立的時候會搖晃得更厲害。同樣，普通人在閉眼站立時也會有更多地搖晃。這都說明了視覺參加了平衡的控制。

Lee等的“移動的房間”經典實驗為這種觀點提供了強有力的證據。在地板固定的房間里，墻壁移動并不會直接影響關節(jié)的角度、肌肉長度以及前庭器官，但卻導致了被試視覺流的變化，視角逐漸增加使被試認為機體失去了平衡，由此產生了相反方向的動作補償。Nashner等指出，人們對視覺流變化最快可在100 ms左右做出反應，表明這些補償發(fā)生得非?？欤⑶沂亲詣影l(fā)生的?，F(xiàn)在較一致的觀點認為，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繁華的街道，穿過擁擠的街市卻很少撞到物體或他人，跑在不平坦的路面上，我們會跨過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調整步幅從而很好地穿過環(huán)境。

Warren等通過研究發(fā)現(xiàn)為跨越障礙物所做出的步態(tài)調整與發(fā)現(xiàn)目標物到跨越障礙物期間的接觸時間有關，而當障礙物是易碎品時，先邁出的腿會采用更大地步幅[4]。在穿過通道的過程中，對于任何一個小于人類肩膀寬度1.3倍的通道，人類通常會側過身來以確保有效地通過?？傊?，為了安全而有效地穿過復雜環(huán)境，人類不可避免地要使用視覺線索。

4 結語

視覺作為感覺的重要組成部分在人類動作技能學習與控制中起到極其重要的作用，在近一百多年對人類動作發(fā)展的研究過程中，隨著研究工具不斷地進步，對視覺加工發(fā)生機制的研究準確性不斷地提升，然而當前對視覺的研究還需要進一步探究其在感覺統(tǒng)合中的作用、個體的差異性以及視覺反饋不斷校正的機制。

[1]張煉.感覺統(tǒng)合研究綜述[J].中國特殊教育，2005(12):60-63.

[2]Milner，A.D.，& Goodale，M.A.Two visual systems reviewed[J].Neuropsychologia，2008(46):774-785.

[3]McLeod，P.，& Dienes，Z.Do fielders know where to go to catch the ball or only how to get there[J].Journal of Experimental Psychology:Human Perception and Performance，1996(22):531-543.

[4]Patla，A.E.How is human gait controlled by vision[J]. Ecological Psychology，1998(10):287-302.

G804.2

A

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

10.16655/j.cnki.2095-2813.2016.10.152

①曹揚(1991—)，女，漢，安徽安慶人，在讀碩士研究生，研究方向:動作技能學習與控制。

王樹明(1965—)，男，漢，安徽壽縣人，博士，教授，博士研究生導師，研究方向:動作技能與控制、運動心理學。