视觉在动作控制中作用的研究概述①

曹扬王树明

(1.华东师范大学体育与健康学院;2.青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室 上海 200241)

视觉在动作控制中作用的研究概述①

曹扬1王树明2

(1.华东师范大学体育与健康学院;2.青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室 上海 200241)

视觉是感觉系统的重要组成部分,来自眼睛传入的视觉信息对调节人类的运动具有重要调节作用,尤其是在学习新动作阶段。一个多世纪以来,视觉一直是动作技能控制过程研究中的重要课题,该文旨在回顾以往研究、引出尚未解决的问题,对有关视觉参与动作控制过程的研究：视觉的分类、视觉反馈加工的时间、视觉与动作预判等做了较为全面的概述。并提出视觉在感觉统合中的作用、视觉个体差异性以及视觉反馈校正机制等对未来研究的展望。

视觉 视觉系统 视觉反馈 动作预判

动作控制的实现主要依赖于人们的感觉系统，感觉信息提供了个体所处的环境状况、个体的自身状态以及身体在环境中的状况[1]。在分析动作的控制是如何使用感觉信息的过程中，视觉是人和动物最重要的感觉。就人类活动而言，视觉提供了环境中各种物体运动的信息，以及环境中自身的运动信息，还包括很多动作控制用以调节我们的动作行为使之与视觉信息中的环境需求相适应。因此，该文将从视觉的分类、视觉反馈加工的时间、视觉与动作预判这3个角度来综述视觉在动作控制中的运用以及视觉参与动作控制过程的研究进展。

1 视觉的分类

在传统的视觉分类研究中有两大热点问题，第一，研究者通常根据视觉信息的搜索方式将视觉分为单眼视觉与双眼视觉，研究发现在双眼视觉信息条件下，动作控制系统能够操作得更有效而经济。第二，研究者通过视觉信息落入视区区域将视觉分为中央视觉与外周视觉，研究发现外周视觉提供了有关环境以及运动肢体的信息，而中央视觉只提供关于物体本身如物体大小、形状的信息。在动作技能控制过程研究中常从解剖学角度，将视觉系统分为背侧和腹侧视觉系统。这一分类也是研究任何视觉加工问题的生理基础。

研究发现两种假设结构的明显分离现象:腹侧流加工的是视知觉(辨别)，而背侧流加工的是动作视觉[2]。

1.1脑受伤病人的知觉-动作分离

来自对具体脑区损伤包括视觉输入加工损伤病人的研究发现，有充分证据证明视知觉与动作视觉的分离现象。患视觉失调的脑损伤病人能够看到物体，但不能使用这些信息准确地触到物体。患视觉认知障碍的病人不能识别一般的物体，却可以运用物体的视觉信息做出准确的抓握动作。通过不同病人运用视力去完成同一个任务，这一分离试验是用于区分两种视觉流的重要发现。研究人员还通过动物实验和健康个体的行为实验进一步研究了这些视觉系统现象。

1.2知觉-动作机制分离的行为研究

在两个视觉系统的行为识别过程中，一项重要的早期研究是来自于Bridgeman等。他们在研究中使用一个诱导运动范式，结果发现，被试能准确地指向实际位置，即使对靶目标位置的意识知觉因背景的运动产生了偏差，但提供给运动系统瞄准的信息却未受影响。

这一效果是一种双重分离现象，首先，运动背景影响了对目标位置的意识知觉，但没有影响位置的判断；其次，靶目标实际位置的改变也没有因背景而使判断方向产生偏差。这表明个体对靶目标位置的意识知觉即腹侧视觉可以因背景变化而产生偏差，但运动系统获得其他信息即背侧视觉并没有因为运动背景而产生偏差。

2 视觉反馈加工的时间

有视觉参与的瞄准运动比无视觉参与的运动更准确，但前提是你要有足够时间去加工视觉反馈。无论是否获取视觉信息，在视觉反馈被加工之前的运动预测都不准确。视觉反馈的加工需要时间，动作越快，可利用的时间越短，动作准确性就越差，因此，探究加工视觉反馈所需时间问题十分必要。在过去的一个多世纪里，研究者使用各种不同的理论和实验方法对这一问题进行了研究。

2.1朝向固定目标运动

为了探讨视觉反馈加工所需的时间问题，Woodworth做了一项经典的瞄准固定目标实验，研究发现运动时间大于或等于250ms时，视觉反馈对操作绩效产生了积极性作用，而当运动时间等于或小于215 ms时，有无视觉操作绩效几乎差不多。

但研究者提出，如果被试预先知道视觉可用或不可用，比突然意外失去视觉可能会更多的利用视觉，可以对更短时间的视觉反馈进行加工。随着运动分析技术的发展，研究者可以对这些运动进行运动学分析，从而对被试使用视觉信息做出更精确的评价。

2.2拦截目标运动

目标拦截在体育运动中很普遍，目标拦截有两种情况:一种是目标固定不动，人们通过主动击中目标；另一种情况就是在不断变化的环境中进行目标拦截动作。Paulignan等研究指出，当一个静止物体发生变化时，短到变化前100 ms的视觉信息对动作控制都有用，但一旦情境转变，对动作的判断就没有影响，说明视觉信息不仅对动作控制有影响，还存在阶段性差异。

视觉在不同情况下对动作控制的实际加工时间比通过视觉刺激反应时的估计要小得多，之所以存在差异的原因之一是各种非自然的实验条件导致了策略性差异。在某些情境中，被试在运动的开始阶段采取故意犯错，以降低视觉反馈信息的不准确性。人们对拦截目标视觉加工研究质疑的主要问题是实验性的视觉掩蔽方法，缺乏生态性，在实际这类情境中并不是经常出现。

3 视觉与动作预判

运动目标与环境的变化相互影响，这种情况在球类运动中很多，当运动员原地拦截一个移动的物体，如，棒球中的击球，或篮球运动中的行进间接球。在这类情境中，环境变化的信息是用来准备预期动作的，从而帮助个体完成这一任务。

3.1拦截控制

大多数关于视觉在拦截活动中的作用研究都有一个运动目标。Savelsbergh等研究指出，视觉的主要作用是提供以下具体信息:(1)在何时拦截物体，即时间接触信息；(2)在何处拦截目标，包括球飞行的空间特征信息。研究表明，视觉系统以不同的方式这些不同的信息。

McLeod等通过研究发现[3]，球员和球之间的视觉仰角是决定截球位置的关键信息。如果球员能够根据视觉信息来调整跑动速度，就能够跑到正确的位置截住球。这一策略并不能一定保证球员能够成功地截获球，只有当球员在正确的时间跑到正确的地点才有可能成功截获。

3.2整个身体动作的控制

早期的姿态控制研究主要集中于生理机制方面，研究关注的是部分躯体控制问题，如，平衡、步态，并没有涉及到整个躯体的运动控制。然而在人体丧失平衡时，感受器单独或以某种结合方式提供必要的反馈信息并为启动校正提供依据。那么在这一过程中，作为重要的视觉同样也参与了平衡控制。

3.2.1视觉与平衡

平衡控制的第三种渠道就来自于视觉，来自于我们视觉性本体感觉的反馈。通过分析周围环境中各平面和成分的视觉流，来确定眼睛以及头和身体在空中的位置，以及如何运动。Lee指出，盲人对于姿势的控制要比普通人差一些；失去视觉的人在站立的时候会摇晃得更厉害。同样，普通人在闭眼站立时也会有更多地摇晃。这都说明了视觉参加了平衡的控制。

Lee等的“移动的房间”经典实验为这种观点提供了强有力的证据。在地板固定的房间里，墙壁移动并不会直接影响关节的角度、肌肉长度以及前庭器官，但却导致了被试视觉流的变化，视角逐渐增加使被试认为机体失去了平衡，由此产生了相反方向的动作补偿。Nashner等指出，人们对视觉流变化最快可在100 ms左右做出反应，表明这些补偿发生得非常快，并且是自动发生的。现在较一致的观点认为，视觉参与了姿态平衡的控制。

3.2.2视觉和步态

在日常生活中我们走过繁华的街道，穿过拥挤的街市却很少撞到物体或他人，跑在不平坦的路面上，我们会跨过障碍物而有选择地落步在平坦的地面上，在这些情境中我们都用视觉来调整步幅从而很好地穿过环境。

Warren等通过研究发现为跨越障碍物所做出的步态调整与发现目标物到跨越障碍物期间的接触时间有关，而当障碍物是易碎品时，先迈出的腿会采用更大地步幅[4]。在穿过通道的过程中，对于任何一个小于人类肩膀宽度1.3倍的通道，人类通常会侧过身来以确保有效地通过。总之，为了安全而有效地穿过复杂环境，人类不可避免地要使用视觉线索。

4 结语

视觉作为感觉的重要组成部分在人类动作技能学习与控制中起到极其重要的作用，在近一百多年对人类动作发展的研究过程中，随着研究工具不断地进步，对视觉加工发生机制的研究准确性不断地提升，然而当前对视觉的研究还需要进一步探究其在感觉统合中的作用、个体的差异性以及视觉反馈不断校正的机制。

[1]张炼.感觉统合研究综述[J].中国特殊教育，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曹扬(1991—)，女，汉，安徽安庆人，在读硕士研究生，研究方向:动作技能学习与控制。

王树明(1965—)，男，汉，安徽寿县人，博士，教授，博士研究生导师，研究方向:动作技能与控制、运动心理学。