（应用心理学专业论文）双手任务的概念化对双手协调动作的影响.pdf

双手任务的概念化对双手协调动作的影响 摘要 双手协调的研究源于上世纪7 0 年代，并迅速得到了发展。研究者陆续发现 了骨骼肌肉协调和大脑半球协调的一些规律，也提出了双手动作的一些指导原 则。总的来说。相关研究主要集中于寻找和辨别制约双手协调的基本条件，包括 肌肉骨骼、神经、知觉和认知等方面。近年来，研究者们的争论主要在于知觉对 双手协调的影响。利用任务轨迹概念化( c o n c e p t u a l i z a t i o n ) 来克服条件限制，提 高双手协调动作绩效的问题，也吸引了不少研究者的兴趣。任务轨迹概念化，指 双手所完成的任务轨迹能概念化成一个符号，这可减少双手干扰。本研究重点关 注双手任务轨迹的概念化对双手协调的影响，同时还探讨了双手的上下关系和视 觉引导的效应。 本研究包含两项实验：实验一探讨双手上下关系和动作轨迹概念化对双手协 调的影响，实验二探讨双手动作过程中视觉引导和动作轨迹概念化对双手协调的 影响。 本研究获得以下结果：( 1 ) 任务图形( 即双手动作轨迹) 的主效应达到显著 的水平，即双手方向一致的动作最容易完成，双手方向不同且不以矢状面对称的 动作较难协调。在后一种条件下，如果双手动作的形状可概念化为一个图形符号， 则可减少双手动作的干扰，提高绩效。( 2 ) 双手上下关系对双手动作的影响并不 显著，即双手动作的完成不依赖具体的效应器。而取决于双手轨迹的抽象关系。 冠状面内的双手动作并没有上下对称的趋势。( 3 ) 视觉引导不存在显著的主效应， 双手动作的执行过程不需要即时的视觉引导，双手动作的完成主要依赖对任务图 形的表象表征。( 4 ) 优势手效应较为显著，所有任务下优势手执行的任务均优于 非优势手，且与其他因素存在显著的交互作用。 结论表明：双手轨迹图形的概念化是克服双手干扰的一个熏要认知策略，而 视觉引导并没有对双手协调起到促进作用。 关键词：双手协调，制约因素，认知，任务轨迹概念化 一 e f f e c t so f t a s k c o n c e p t u a l i z a t i o no nb i m a n u a lc o o r d i n a t i o n a b s t r a c t 确es t u d yo fb i m a n u a lc o o r d i n a t i o nl a i dd o w ni t so r i g i n a lf o u n d a t i o ni nt h e 19 7 0 s a n dh a su n d e r g o n eat r e m e n d o u se v o l u t i o ni nt h ep a s td e c a d e s n l ep a s t r e s e a r c h e sf o c u s e dm a i n l y0 1 2 1t h ef i n d i n ga n di d e n t i f i c a t i o no ft h ee l e m e m a r y c o o r d i n a t i o nc o n s t r a i n t st h a tl i m i t e dp e r f o r m a n c e ，i n c l u d i n gm u s c u l a r s k e l e t a l ，n e u r a l ， p e r c e p t u a l a n dc o g n i t i v ec o n s t r a i n t s i nt h ep a s tf e wy e a r s ，t h e p e r c e p t u a l c o n t r i b u t i o n st ob i m a n u a lc 0 0 r d i n a t i o nr e c e i v e ds om u c ha r g u m e n t t h ef o c u si sn o w s h i f t i n gt o w a r d so v e r c o m i n gt h e s ec o o r d i n a t i o n c o n s t r a i n t sb ym e a n so ft a s k c o n c e p t u a l i z a t i o n t h a t p r o m o t et h ei n t e g r a t i o no ft h e t a s k c o m p o n e n t si n t o a m e a n i n g f u l “g e s t a l t t a s kc o n c e p t u a l i z a t i o nm e a n s 血a tb i m a n u a li n t e r f e r e n c e i s r e d u c e dw h e nt w oh a n d s l o c u sa r ec o n c e p t u a l i z e di n t oam e a n i n g f u ls y m b 0 1 t h e p r e s e n ts t u d yf o c u s e do n t h ee f f e c t so ft a s k c o n c e p t u a l i z a t i o n o nb i m a n u a l c o o r d i n a t i o n t h er o l e so fb i m a n u a lt o p d o w nr e l a t i o n s h i pa n dv i s i o nm o n i t o r i n g w e r ee x p l o r e da sw e l l t w oe x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t t h ee f f e c t so fb i m a n u a lt u p d o w n r e l a t i o n s h i pa n dt a s kc o n c e p t u a l i z a t i o no nt h eb i m a n u a lc o o r d i n a t i o nw e r ee x a m i n e d i ne x p e r i m e n to n e t h ee f f e c t so fv i s i o nm o n i t o r i n ga n dt a s kc o n c e p t u a l i z a t i o no n b i m a n u a lc o o r d i n a t i o nw e r ei n v e s t i g a t e di ne x p e r i m e n tt w o s o m em a j o rr e s u l t sw e r eo b t a i n e d f i r s t l y ，t h em a i ne f f e c to ft a s k c o n c e p t u a l i z a t i o nw a ss i g n i f i c a n t b i m a n u a lt a s k sw e r ee a s yt op e r f o r mi fo r i e n t a t i o n o ft w oh a n d sw a ss a m e ，w h e r e a st a s k sw e r ed i f f i c u l ti fo r i e n t a t i o nw a sd i f f e r e n t i n t h el a t t e r ，b i m a n u a li n t e r f e r e n c ew a sr e d u c e dt om i n i m u mi nt a s kc o n c e p t u a l i z a t i o n s i t u a t i o n s e c o n d l y ，t h e r ew a sn os i g n i f i c a n te f f e c to f b i m a n u a lt o p d o w nr e l a t i o n s h i p n ep e r f o r m a n c eo fb i m a n u a lm o v e m e n t sw a sl a r g e l ye f f e c t o ri n d e p e n d e n t b u t b i m a n u a ls p a t i a lr e l a t i o n s h i pd e p e n d e n t b i m a n u a lt o p d o w nm o v e m e m si nt h ef r o n t a l p l a n eh a dn os y m m e t r yt e n d e n c y ，t h i r d l y ，v i s i o nm o n i t o r i n gh a dn os i g n i f i c a n te f f e c t o nb i m a n u a lc o o r d i n a t i o n t h ee x e c u t i o no fb i m a n u a lm o v e m e n t sd i d n tn e e dt h e g u i d a n c eo fv i s i o n b 此t h er e p r e s e n t a t i o no ft h et a s kw a si m p o r t a n ti nb i m a n u a l c o o r d i n a t i o n l a s t l y ，p e r f o r m a n c eo fd o m i n a n th a n de x c e e d e dn o n d o m i n a n th a n d s i g n i f i c a n t l yi na l lt a s k s h a n d e d n e s sa n do t h e ri n d e p e n d e n tf a c t o r si n t e r a c t i v e l y i n f l u e n c e dt h eb i m a n u a lc o o r d i n a t i o n i tw a sc o n c l u d e dt h a tt a s kc o n c e p t u a l i z a t i o nw a sa ni m p o r t a n tc o g n i t i v es t r a t e g y t oo v e r c o m eb i m a n u a li n t e r f e r e n c e ，a n dv i s i o nm o n i t o r i n gh a dn os i g n i f i c a n tr o l eo n b i m a n u a lc o o r d i n a t i o n k e y w o r d s ：b i m a n u a lc o o r d i n a t i o n , c o n s t r a i n t s ，c o g n i t i o n ，t a s kc o n c e p t u a l i z a t i o n u 一 第一部分：引言 经过长期的进化过程，直立行走解放了人类的双手，人们在日常生活中可以 自由地使用双手去与自然界、他人打交道。在日常生活中我们经常会见到双手动 作，比如推箱子、开汽车、弹锅琴。双手动作是指双手同时完成某些动作。左、 右手动作可以是相同的，也可以是不同的。在双手动作进行时，双手之间可能出 现某种协调或干扰，后者可导致左、右手难以同时完成不同的动作。实际上，对 多数需要双手协调的动作，人们大都能顺利、甚至不费力气地完成。但是，也有 些情况，双手动作很难完成。因此，许多研究者对制约双手协调的因素非常感 兴趣，对这些因素进行分析将有利于制定改善双手协调的指导原则。从2 0 世纪 7 0 年代有关双手协调的研究兴起i l 】至今，相关研究主要集中于寻找和辨别制约双 手协调动作的基本条件。近年来，一些研究者正在探讨幂4 用知觉规则克服限错4 条 件、提高双手协调动作绩效的方法【2 3 】。 i 双手协调影响因素的研究综述 i i 双手据调研究的历史发展 在双手协调的研究领域内，有一部分也涉及到上肢与下肢之间的协调，所以 将它们和双手协调统称为肢体间协调( i n t e r l i m bc o o r d i n a t i o n ) 。过去几十年间， 对肢体间协调原则的研究经历了很大的发展，已经演变成一个跨学科的领域。许 多学科都已参与进来，如行为科学、生物物理学、生物力学、运动机能学、理疗 学、神经学和神经生理学等。 1 1 1 双手协调研究的开端 肢体间协调研究奠基于2 0 世纪7 0 年代，正是信息加工方法大行其道的时候。 1 9 7 9 年，k e l s o 及其同事的两篇开创性论文标志着肢体协调研究的开始h ，5 1 。他 们以f i t t s 律为起点，探讨两上肢同时动作的特点。f i t t s 律是将单手动作时间表 示为动作幅度和目标距离( 即难度指数) 的函数【6 1 。k e l s o 及其同事希望了解双 手同时完成不同难度的离散动作时会发生什么现象。结果发现，f i t t s 律并不适用 于双手动作控制。即按照f i t t s 律去预测，双手在完成不同难度的动作时时间上 应该存在差异，但k e l s o 等却发现，在难度不同的情景下双手动作同时开始、同 时结束。k e l s o 等研究的更重耍历史贡献是，揭示了简单动作的原则或法则不一 定适用于更复杂的、包括多个自由度的动作。这也标志着协调模式控制原则的研 究成为一个独立的领域。 k e l s o 及其同事为双手匹配倾向提供了很好的实验证据。随后的研究通过控 制双手动作的负荷【 、幅度8 】或时1 4 9 1 来探讨双手匹配或不匹配的空间时间特征。 s w i r m e n 等则关注在完成双手不同时空轨道动作时练习所起的作用，即通过学 习，操作者是否可克服双手协同的基本倾向，使两上肢能顺利地完成不同的行为 模式 1 0 , l lj 。 1 1 2 双手连续动作的研究 8 0 年代初，研究焦点开始从离散动作转移到连续动作，y a m a n i s h i 等发现在 动作频率增加后，双手协调模式会出现相位转换( p h a s et r a n s f o r m a t i o n ) 现象 t 1 2 3 3 。同相位( i n p h a s e ) 和反相位( a n t i - p h a s e ) 被定义为两个主要的双手协调 模式，它们具有不同的稳定性特征。在动作频率加大后，反相位的动作稳定性变 差，会转换成同相位的动作。h a k e n ，k e l s o 和b u n z 据此提出了h a k e n k e l s o b u n z 模型( 或称“h k b 模型”) 。该模型对所谓的“顺序参数”( o r d e r p a r a m e t e r s ) 和“控制参数”( c o n t r o lp a r a m e t e r s ) 进行了区分。顺序参数用来量化两肢体协 调的类型，如相对相位，而控制参数用来探测协调模式的稳定性，如循环频率。 这两种参数的变化，决定了双手动作相位关系和稳定性的差异。 在随后几年中，很多人对这个模型进行了扩展，以解释肢体优利性 ( h a n d e d n e s s ) 【1 5 】和肢体不对等性( u n e q u a ll i m b s ) 对双手协调的影响。不对等 的协调包含有负载手与未负载手的协调 1 6 , 1 7 ，或上肢与下肢的协调【1 8 】。b e e k 和 t u r v e y 采用以上方法去解释杂技技能是如何完成“1 9 。 1 1 3 动态模式理论 在上述研究的基础上，动态模式理论( d y n a m i c p a t t e mt h e o r y ) 逐渐形成。 动态模式理论认为，动作系统通常是一个随时间动态变化的系统。这一系统包含 了许多子成分，子成分以多种协作方式进行联系，进而组织成不同的动作模式。 动作协调就是这个系统中某些子成分按一定顺序完成的结果。该观点强调从生理 方面对双手协调进行解释。动态模式理论以一些序列参数来描述动作系统的宏观 2 状态或所产生的协调模式，如相对相位，或两个效应器的相位角差。同相位模式 要求同源肌肉群( h o m o l o g o u sm u s c l e s ) 同时、同步激活，反相位模式则是非同 源肌肉群( n o n h o m o l o g o u sm u s c l e s ) 的同时、同步激活。在双手协调动作的频 率较低时，两种模式都比较稳定。但是，当频率提高后，反相位模式变得极不稳 定，导致它向更稳定的同相位模式转换。 用动态模式理论去解释新的协调模式的习得，是肢体间协调研究的另一个里 程碑 2 0 , 2 1 。在较长一段时间里，动态模式理论因为不能解释新的动作技能的获得 这一事实而受到批评【1 1 。其实，在双手协调研究开始后不久，就有人开始关注新 的协调模式的获得途径，如前面提到的s w i n n e n 等探讨学习在双手动作中的作 用。这些研究最初集中于相对相位为9 0 。的动作的学习，后来扩展到其他相对 相位模式，而且还增加了双手频率是否相同的条件，也包括了上下肢体间的协调 2 2 2 5 1 。 1 1 4 最近几年的新的观点 进入二十一世纪，双手协调的研究更加繁荣，参与者也越来越多。有人综合 了先前有关神经、肌肉骨骼和认知等影响因素的研究，将肢体间协调现象进行了 更完整的解释【2 6 1 。m e c h s n e r 等强调知觉对双手协调的重要性，从而又引起了新 的兴趣和争论【”1 。后来，m e c h s n e r 更是将知觉因素看作是影响双手协调的唯一 因素，诱发了众多的批评与支持【2 8 1 。肌肉骨骼因素和知觉因素对双手协调的作 用及其关系成了讨论的焦点。i v r y 等认为双手协调和干扰的关键在于这些行为在 认知水平上如何表征【2 9 】。他们从空间和时间两方面说明双手协调不是动作肌肉 系统的交互，它的制约因素处于更加抽象的水平，即认知水平上。 s w i n n e n 和c a r s o n 认为，三个原因导致众多的研究者关注双手协调的问题【”。 首先，动作行为科学家在研究相对简单的动作中受到挫折，因为六七十年代的动 作研究充斥着诸如简单指点动作和弹道计时等。这些简单动作与生活、工作和娱 乐中的复杂动作任务形成鲜观的对比，复杂动作需要上肢间、下肢间、或上下肢 之间的复杂协调。第二，某些动作参数( 如动作时间或幅度) 在简单动作的学习 中的作用很难鉴别。简单动作模式基本上从练习开始就能够习得，这虽然是一件 好事，但它并没有告诉我们这种技能到底是如何习得的，即新的协调模式习得过 程的一些关键问题还没有答案。对复杂动作技能习得的研究告诉我们动作的学习 一 并不从白板开始，而是建立在已有行为模式之上的。第三，双手协调的研究把肢 体协调的基本原则表示成数学模型，使这一研究更严谨、更科学，从而吸引了众 多的科学家。因为数学模型考虑了多个水平上的多个自由度，所以比简单行为更 为严密和有效。 1 2 影响双手协调的因素 有关双手协调的研究虽然已经历了几十年，且包含了不同学科和不同的研究 角度，但其主要内容实质上围绕影响双手协调稳定性的因素。其中，最基本的是 双手空间匹配和时间匹配的限制( c o n s t r a i n t ) ，主要是双手相位差和动作频率。 1 2 1 空间因素和时间因素 在双手相位差方面，研究者们发现了两种较为稳定的双手协调模式：( 1 ) 双 手相位差为零，也就是双手动作对称( s y m m e t r y 或i n - p h r s e ) ，这时双手协调动 作稳定性最高：( 2 ) 双手相位差为1 8 0 。，即双手动作平行( p a r a l l e l 或a n t i ，p h a s e ) ， 这时双手协调动作稳定性稍差。在其他双手相位差的情况下，双手动作稳定性都 较差，未经训练很难保持。 在动作频率方面，动作频率越高，双手协调动作稳定性越差，越容易从不稳 定的双手协调动作类型( a n t i - p h a s e ) 转变成稳定的双手协调动作类型( i n - p h a s e ) 。 在双手动作频率不同时，如两只手动作频率比为1 ：2 或2 ：3 ，双手协调动作稳定 性很差。如果一只手的频率是另一只手的频率的整数倍，这时的双手动作比双手 频率关系为非整数倍时要稳定【2 】。 双手相位差和动作频率是最受关注的两个方面，而且很多研究者将其模型 化。如前所述，h k b 模型就是将双手协调动作的稳定性解释为相对相位差和频 率的函数【h 1 。 i 2 2 其他影响因素 除了空间因素和时间因素，认知因素也是影响双手动作控制的熏要因素。有 关这方面的问题将在下部分详细讨论。除此以外，其他的影响主要是肌肉方面 的因素，因为比较杂乱，下面仅列举一部分加以说明。 如果执行双手协调动作需同源肌肉的共同激活，则这种协调动作就比较稳 定；如果需要非同源肌肉的共同激活，则稳定性就相对较差。双手相位差所造成 4 一 的稳定性降低也可解释为同源肌肉与非同源肌肉的共同激活。相位差为零的双手 动作往往是同源肌肉的共同激活，而双手相位差为1 8 0 。或其他一些情况往往是 非同源肌肉的共同激活。 b y b l o w 和c a r s o n 分别指出，在按照听觉节拍器进行双手协调时，弯曲动作 比伸展动作好，掌心向下比掌心向上好 3 0 , 3 1 。c a r s o n 后来又提出，肌肉长度和方 向的改变直接影响手腕姿势或转轴的改变【3 2 】。效应器的结合会提高动作的稳定 性。s e r r i e n 则认为，在双手动作频率相同时，同源肌肉共同激活的双手动作的 精确性和稳定性更好；相反，如果双手频率不同，则非同源肌肉共同激活的动作 完成得更好【3 3 】。这显示，稳定性较低的协调动作具有更高的兼容其他协调动作 的能力。 影响双手协调的因素很多，且研究者还不能很好地将它们联系起来。s w i n n e n 和w e n d e r o t h 认为众多因素之间存在相互联系，并且试图将各种影响因素分别归 类并探讨其中的联系【3 4 1 。但是，理清各种因素间的联系是很困难的，现在所能 确定的是：一种双手协调模式所满足的条件越多，它就越稳定。比如，某个双手 动作是同相位的、同频率的，那么就比同相位不同频率的或同频率不同相位的双 手动作更稳定。 1 3 认知因素对双手协调动作的影响 知觉一行为的关系的研究，尤其是视觉与行为关系的研究，在近年来受到广 泛关注 3 5 , 3 6 1 。视觉在行为的计划、控制和指导方面确实起着重要作用”】。这些研 究通常操纵视觉的变化来观察动作所受到的影响效应。其中，动作任务绝大多数 为单手动作任务，双手协调动作很少。视觉对单手动作的作用与其对双手协调动 作的作用存在差异。例如，w e n d e r o t h 等的实验表明，每只手单独练习某个动作 并不能减少双手同时完成这两个动作的空间干扰，即不能促进双手动作的完成 l 3 8 1 。而视觉参与、注意参与和选用某些知觉策略可对动作控制产生影响，减少 双手动作时双手之间的干扰，使双手协调动作更加稳定。 1 3 1 视觉因素的影响 很多研究都指出，视知觉影响同相位( i n p h a s e ) 和反相位( a n t i p h a s e ) 动 作协调的稳定性。 一 b i n g h m n 等在h k b 模型的基础上，研究双手相对相位所引起的视知觉【3 9 1 。 他们给被试一些双手不同相位的动作图形，让被试判断这个动作稳定性。研究发 则是转换后的反馈。转换方式有两种：( 1 ) 将某只手的视觉反馈的方向改变1 9 0 。或9 0 。；( 2 ) 延迟一定时间( 半个周期) 。转换的结果是一样的，都是将视觉 的精确性和稳定性【4 “。这些发现说明，知觉转换促进了较不稳定的协调模式的 的作用 2 7 1 。食指摆动实验就是左右手均伸出食指，通过手腕的翻转和不同的动 作方向，组成八种动作模式。画圆任务是被试面前有一块平放的木板，木板上是 两个小球，木板下面是控制小球的手柄。被试双手放到木板下面，握住手柄，控 制木板上的小球进行圆周运动。被试可以看h i , 球的旋转，但是看不到自己的手。 实验的结果是，不管手腕如何，只要手指进行对称运动( 图i - i ia ) ，稳定性都 要高于平行动作( 图i - i 一1b ) 。m e c h s n e r 等认为，双手动作的对称趋势不是肌肉 和动作系统造成的，而纯粹是知觉的对称倾向( s y m m e t r yt e n d e n c y ) 在起作用。 s a l t e r 等的实验不支持m e c h s n e r 等的结论，而支持双手协调的同源肌肉共同激活 ：| ：高黧篙翥嚣淼：形n 形晌等更倾向于用同源肌肉的共同激活来解释双手 ，1 i l ， 、， 协调的对称倾向。 1 n- n目 t ，2m e 如n e r 的“纯心理学，解释及其评价f 9 泖吻劝 意动作的“纯心理学”( p s y c h o l o g i c a l ) 解释m 1 。 他把这种“纯心理学”因素等同于知觉认知 ( p e r c e p t u a l - c o g n i t i v e ) 因素，或者说排除肌肉 运动的因素。更具体地说，他认为在动作控制 6 曲曲酗n 图1 - 1 - 1m e c h s n e r 等( 2 0 0 1 ) 的 动作模式。a 和b 为动作方向，c 、 d 、e 、f 为四种手腕翻转的组合。 一 过程中起作用的只有知觉一认知因素，而不受肌肉骨骼因素的制约。然而， m e c h s n e r 却没有对知觉认知这个词给予明确界定，即使在别人对他造的这个词 提出疑义的时候，他的回答里也没有给予明确的界定1 4 3 1 。m e c h s n e r 认为，动作 是可计划、可感知和可储存的，不受传出命令和效应器干扰；自发的双手协调产 生在知觉认知水平，肌肉也会自动地内隐地根据动作的可知觉属性进行调整。 如果动作在知觉认知系统的控制下，那么它就具有认知系统的所有强大功能和 优点，而不再需要忙于组织动作命令。 m e c h s n e r 的观点引起了众多研究者的大讨论 4 3 1 。批评者甚多，有人从方法 论上批评，有人从实验范式上批评，也有人从理论框架上批评。总的来说，批评 者们都认为他的理论太过极端，完全抛弃神经肌肉骨骼因素是不对的。当然也有 不少支持者，支持他充分肯定了知觉因素对双手协调的作用。有人认为m e c h s n e r 的证据不是很充分，并由此提出更多证据来论证其理论的充分性。对于这些评论， m e c h s n e r 也作出了回应1 4 3 1 。但不管批评也好，支持也好，回应也好，均需要更 多的研究，尤其应在全面考虑各种因素的基础上去探究双手协调的制约因素及其 相互关系。 1 3 3 注意资源分配的解释 注意资源分配也是影响双手协调动作的稳定性的重要因素之一。t e m p r a d o 及其同事的一些研究使用了双任务范式，即在从事双手协调任务的同时进行一个 听觉反应时作业，以探讨双手协调对注意资源消耗的影响 4 4 4 6 】。结果表明，双手 协调的稳定性和听觉反应时之间存在着权衡，即如果注意资源更多的用于双手动 作，则协调模式的稳定性会增大。反之，注意资源减少了，协调模式的稳定性也 会减小。 1 4 以往研究存在的问题 在过去的几十年里，涌现了大量的关于双手协调的研究，取得了非常丰富的 研究结果，但是还存在着一些问题有待于进一步探讨。 1 4 1 影响因素之间的关系 双手协调过程中存在众多的制约因素，对于这些因素之间的关系还存在争 论，且有些影响因素相互混淆。例如，同相位反相位也可以用同源肌肉的同时 7 一 激活和非同源肌肉的同时激活来解释。前面也提到，s w i n n e n 和w e n d e r o t h 认为 众多因素之间存在相互联系，并且试图将各种影响因素分别归类并探讨其中的联 系【3 4 】。也有不少研究中强调某种因素的作屠；如动态模式理论强调生理的解释， 而其他一些研究者则强调认知因素的作用。它们之间是平行的、交互的作用关系 还是层级的关系? 知觉- 认知因素和肌肉运动因素是否相互排斥? 这些问题均有 待解决。我们认为，重要的是，需要设计一个新的研究方法，将肌肉骨骼、神经、 知觉和认知等各种影响因素综合进行研究，并由此提出一个全面的整合理论。当 然，这个工作将非常艰巨。 1 4 t 2 双手协调研究与一般知觉行为研究的关系 强调知觉因素在双手协调中的作用，这与知觉行为的关系研究有很大关联。 视觉对动作的引导以及视觉系统在知觉与行为中的分离现象等都是近年来行为 研究的热点问题之一。这些研究往往仅采用单手动作，而问题是知觉在单手动作 和双手动作中所起作用可能存在差异1 1 4 3 如何提高双手协调的绩效? 虽然影响双手协调的因素很多，但人们总能克服双手干扰，顺利地完成双手 任务。如开车、系鞋带、左手抓着钢笔右手去开抽屉，等。有时能很容易克服干 扰，有时则需要大量的练习才行。在很多时候，可以利用一定的策略来克服双手 的干扰。其中，任务概念化( t a s kc o n c e p t u a l i z a t i o n ) 就是一个很重要的策略。 2 知觉整体性对双手动作的促进作用 信息加工观认为，双手动作是双任务加工的一种特殊情况。在中枢神经资源 有限的情况下，双手动作的计划和执行，存在相互干扰 4 4 。4 6 】。从信息加工论的角 度出发研究双手协调，焦点是：当两手在一个或多个参数上存在差异时，任务绩 效出现怎样的变化? 这些参数包括时间、幅度、力的大小和方向等。只要通过练 习将两只手的任务整合成一个有意义的、左右手共同的控制结构，就可以抑制中 枢干扰，促进双手任务的完成。动作学习过程就是克服神经干扰的过程。使用任 务概念化策略，使双手动作在空间上整合成一个单独的图形，可以减少双手干扰， 提高双手协调的稳定性 3 , 4 7 , 4 8 1 。 8 2 1 任务概念化促进双手动作绩效的研究 f r a n z 等让被试在空中用双手同时画半圆，结果获得了支持概念化加工作用 的证据【3 】a 在画半圆之前，呈现给被试所要画的形状( 图1 - 2 1 中的任意一种) ， 众影 ，：、弋夕 弋岁、 图1 - 2 1f r a n z 等( 2 0 0 1 ) 使用的任务图形 并让被试记住它。这些图形都由上下两个半圆组成， 半圆的朝向不同，共组成四种图形。具体任务要求每 只手分别画出一个半圆，左手在上还是右手在上由被 试随意选择。在动作过程中，图形消失，被试凭借对 图形的记忆进行画图。结果发现，如果上下两个半圆 可组成一个完整的圆( 图1 2 1 的左下角) ，则任务很 容易完成：而如果上下两个半圆的弧顶对弧顶( 图1 2 1 中的右下角) ，则任务变得非常困难。f r a n z 等认为双 手任务的表征影响了任务绩效。由于两项任务中双手 的相位关系相同，而对应任务所形成的表征不同，所以可能是表征的不同造成了 任务难易程度的差异。对以上两个双手任务的表征，形成了两个不同的符号，且 它们的熟悉性存在差异：一个是人们常见的圆形，另一个则很难让人想到什么。 即如果将双手任务表征成一个整体( 如一个圆) ，则可以减少双手的干扰。 v a n h e l u w e 等设计了两项实验：一项是左右手任务转换：一项为同一手臂的 不同关节的任务转换。第一项实验的任务分为两种：画垂直线和画星形( 米字形) 的线。星形线是共有四条线，与垂直线有四个角度：0 。、4 5 。、9 0 。和1 3 5 。， 每一次任务画其中一条线。左右手任务转换就是先左手画垂直线，右手画星形线； 然后换成左手画星形线，右手画垂直线。不同关节转换任务( 第二项实验) 是： 先用木板固定住腕关节，通过肩关节运动来完成任务：然后用木板绑定肩关节， 通过腕关节运动来完成任务。结果发现：双手动作的完成依赖于对双手任务整合 的表征；通过训练，可将双手的时空关系抽象出来，脱离( 不依赖) 具体的效应 器，从而减少双手任务之间的空间干扰【4 9 】。 2 2 对任务概念化的思考 以上的实验研究已经证明，任务的概念化对双手协调有促进作用。但这些研 究比较零散而不够系统，而且都存在一定的缺陷。 9 v a n h e l u w e 等的观点与f r a n z 等是基本一致的。但是，f r a n z 等在实验中让被 试自由选择双手的上下关系，也就是说没有规定左手在上或右手在上，没有分析 双手上下关系对概念化表征的影响。这样的话，一是没有考虑到优势手效应，二 是无法说明任务概念化能否脱离具体的效应器。按照v a n h e l u w e 等的观点，双手 动作的完成不依赖具体的效应器。那么，推广到双手上下关系的任务中，无论哪 只手在上，只要能将双手的关系抽象出来，它们之间的相互干扰就会减少。但 v a n h e l u w e 等的双手任务是两条不同夹角的直线，很难概念成一个有意义的图形。 对此，我们认为，在左右手任务能形成一个有意义符号时，探讨左右手的上下关 系和优势手的作用具有一定意义。综上所述，我们推测：只要能将双手空间关系 抽象成单个有意义的几何图形，双手任务的干扰就会大大减少，即双手任务的精 确性会大于不能抽象成单个几何图形的双手任务，且这种易化既不受双手上下关 系的影响，也不受优势手的影响。 在f r a n z 等的实验中，实验者将任务图形呈现给被试后，要求被试在脑中保 持这个图形，以便内在地指导重复的画圆动作。因为在动作执行时任务图形已经 消失，且每次试验都持续2 0 秒，即实际上被试先将看到的图形在脑中表征出来 并保持，然后在执行双手动作时通过将这个表征与实际看到的双手动作进行比较 来校正双手动作，所阻可理解为这是表象对双手动作的效应。由于表象具有概括 性，所以f r a n z 等认为任务概念化促进了双手动作的完成。在其随后的实验中， 虽然任务图形消失了，但被试可一直看到自己的双手，也就是说还可以通过视觉 来引导双手动作。对双手动作过程中任务概念化和视觉引导两者的作用进行比 较，有利于清晰辨别任务概念化是否对双手任务的促进起决定作用。我们预测， 任务概念化在双手动作中起主导作用，而视觉引导则起辅助作用。 通过对优势手效应、视觉弓l 导作用和任务概念化的作用进行综合比较，可更 好地理解任务概念化在双手协调中的作用。 3 本研究的构思 3 1 研究目的和意义 根据上述的分析，本研究拟从任务概念化对双手动作的影响入手，通盘考虑 一 优势手效应、双手上下关系、视觉引导作用和任务概念化的作用，分析知觉整体 性对双手协调的促进作用。具体意义包括： ( 1 ) 探讨双手空间上下关系是否会影响双手动作的完成? ( 2 ) 探讨在双手协调过程中，是否存在优势手效应? ( 3 ) 探讨视觉引导在双手协调中的作用； ( 4 ) 验证任务概念化对双手协调的促进作用，并将其与优势手效应和视觉 引导进行比较，以分析在双手协调中起关键作用的因素。 总之，本研究希望在以往研究的基础上，调制双手上下关系和动作过程中视 觉引导，来检验两者在双手协调中的作用。这样，可以将双手上下关系、优势手、 视觉引导和任务概念化等因素相互比较，从而进一步探讨任务概念化在双手动作 协调中的作用，分析知觉与双手协调的关系。本研究结果有利于更清晰地理解双 手动作协调的制约因素，并为知觉和动作关系的研究提出更多的证据。同时，也 可为在实际生活中双手动作的练习提供更多的理论指导，使人们可以更快更好地 习得双手动作。 3 2 研究内容 基于以上考虑，本研究设计了下述两个实验： 实验一：双手上下关系和任务概念化对双手协调的影响 考察不同双手上下关系( 左手在上、右手在下和左手在下、右手在上) 和任 务图形( 四种图形) 概念化对双手动作协调的影响。 对该实验，我们有以下预期的结果：双手上下关系对双手动作协调的影响不 大，而双手任务概念化对动作协调有很大的影响。如果可将双手的任务概念化成 一个整体，则双手动作最容易完成。 实验二：视觉引导和任务概念化对双手协调的影响 考察双手动作执行过程中视觉引导( 有视觉和无视觉) 和任务概念化( 三种 图形) 对双手动作协调的影响。 对该实验，我们有以下预期的结果：视觉引导对双手动作协调的影响不大， 而双手任务概念化对动作协调有很大的影响。如果可将双手的任务概念化成一个 整体，则双手动作最容易完成。 一 第二部分：实验研究 1 实验一：双手上下关系和任务概念化对双手协调的影响 1 1 实验目的 一般来说，人的双手是不平衡的。要么是左利势手，要么是右利势手。在动 作的完成过程中，双手的作用也存在差异。例如，右剩势手者的右手能承担的重 量往往大于左手。在双手动作中，双手也扮演了不同的角色。s w j m 、e n 等指出， 当坝手同时在纸上画圆时，优势手会领先于非优势手的运动h q 。这种情况在右 利势手的被试中更掘明显。也就是说在双手动作协调中，优势手和非优势手之间 存在时间的差异。本实验所关注的是左右手完成半圆时的空间差异：优势手画出 的曲线是否更接近半圆，或非优势手画出的曲线是否更偏离半圆? 双手的上下位置不同，也可能造成双手动作缋效的不同，但是先前的研究( 如 f r a l l z 等) 没有探讨这个因素的作用。如前所述。如何利用任务轨迹的概念化来 提高双手协调动作绩效，这吸引了不少研究者的注意。f n m z 等和v a n h e l u w e 等 均认为任务概念化可促进双手协调。综合v a r d a e l u w e 等和f r a n z 等的成果，我们 推测，如能将双手空间关系抽象成单个几何图形，则双手任务的干扰就会大大减 少即双手任务的精确性会大于不能抽象成单个几何图形的双手任务，且这种易 化不依赖特定的效应器，既不受双手上下关系的影响，也不受优势手的影响。 化不依赖特定的效应器，既不受双手上下关系的影响，也不受优势手的影响。 ：燕焉b郴nlgg懒255醌cm,franz2 55 c m 淼x o 实验材料采用了等的四种任务图形，但进行了一! 一! ! 些修改。具体为：圆环的，内周直径为，。，、言， 笫嬲# 嚣嚣嚣霎a t l r 蟛b b t o p一个圆分成上下两部分，上半部分为 ，下半部分为， 、v b o t t o m 。这四个图形从上到下看，可以分别称为 图2 1 1 实验一的四 一 第二部分：实验研究 1 实验一：双手上下关系和任务概念化对双手协调的影响 1 1 实验目的 一般来说，人的双手是不平衡的。要么是左利势手，要么是右利势手。在动 作的完成过程中，双手的作用也存在差异。例如，右利势手者的右手能承担的重 量往往大于左手。在双手动作中，双手也扮演了不同的角色。s w i n n e n 等指出， 当双手同时在纸上画圆时，优势手会领先于非优势手的运动【5 0 1 。这种情况在右 利势手的被试中更加明显。也就是说在双手动作协调中，优势手和非优势手之间 存在时间的差异。本实验所关注的是左右手完成半圆时的空间差异：优势手画出 的曲线是否更接近半圆，或非优势手画出的曲线是否更偏离半圆? 双手的上下位置不同，也可能造成双手动作绩效的不同。但是先前的研究( 如 f r a n z 等) 没有探讨这个因素的作用。如前所述，如何利用任务轨迹的概念化来 提高双手协调动作绩效，这吸引了不少研究者的注意。f r a n z 等和v a r t h e l u w e 等 均认为任务概念化可促进双手协调。综合v a n h e l u w e 等和f r a n z 等的成果，我们 推测，如能将双手空间关系抽象成单个几何图形，则双手任务的干扰就会大大减 少，即双手任务的精确性会大于不能抽象成单个几何图形的双手任务，且这种易 化不依赖特定的效应器，既不受双手上下关系的影响，也不受优势手的影响。 1 2 实验方法 1 2 1 实验材料和实验任务 实验材料采用了f r a n z 等的四种任务图形，但进行了一 些修改。具体为：圆环的外周直径为2 5 5 c m ，内周直径为 2 2 5 c m ，圆环宽度为i 5 c m ( 如图2 1 1 所示) 。如果我们把 一个圆分成上下两部分，上半部分为t o p ，下半部分为 b o t t o m 。这四个图形从上到下看，可以分别称为 b o t t o m t o p ( b t ) ，t o p - b o t t o m ( t b ) ，t o p t o p ( t t ) ， 1 2 一，、 ，、 a 蟛 图2 - 1 1 实验一的四 种任务图形 一 b o t t o m - b o t t o m ( b b ) 。 实验任务要求被试伸直双臂，伸出左右手食指，其它指头握拳。肘关节、腕 关节和食指各关节均不能弯曲，且双臂不能相触碰，借助肩膀的力量用食指从左 到右、从右到左跟随节拍音在空中连续地画出任务图形。 1 2 ，2 实验仪器和装置 本实验在室内灯光照明环境下进行。图片通过d e l l l 9 英寸显示器呈现，显 示器的分辨率为1 0 2 4 7 6 8 象素。被试的位置固定，与屏幕的距离约8 0 c m 。节 拍音用d e l l 计算机附带音箱发出，周期为7 5 0 m s 。 被试双手的运动轨迹通过加拿大n d i 公司生产的o p t o t r