手动追踪控制特性差异的实验研究——基于连续操作任务的频率域分析

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1、要追逐计算机所控制圆点的运动轨迹。根据在实验任务中显示误差方式的不同，可以把追踪动作分为两种基本的类型：尾随式追踪(pursuittracking)和补偿式追踪(compensatorytracking)。在尾随式追踪任务中，被试可以知觉到目标与追踪装置之间的绝对误差(要向被试呈现目标的运动轨迹和被试自己的追踪轨迹)；但在补偿式追踪任务中，被试只能知觉到目标与追踪装置之间的相对误差(并不向被试呈现目标的运动轨迹，而只呈现标记零误差的标志和被试的追踪轨迹)。在追踪任务中，以下三个因素会影响到操作者的动作绩效：控制系统本身的动力特性

2、、对操作员的输入(理想的目标轨迹)、误差显示方式【41。追踪动作多见于操作员控制各种物理系统时，因此对追踪动作的研究在如工业、交通等领域有重要的意义。序列动作既非离散动作也非连续动作，而似乎是由一系列的单个动作结合在一起而形成的一种整体性动作，如弹钢琴、体操动作以及校正动作等。当追踪任务比较简单时，误差校正动作会比较离散化；而如果追踪任务比较复杂时，则需要比较连续的误差校正动作。显然序列动作与离散动作和连续动作并不是截然分离的，这三类动作都处于同一个连续体上，序列动作处于中间位置。1．2．开环／闭环维度环境的可预期性提供了分类各

3、种动作形式的另一个基础151。当环境持续的发生变化且不可被准确预期时，执行动作的个体就无法有效地事先计划整个动作过程，因为要执行哪一种动作的决策取决于将来时刻的目标状态。这种动作技能称为开环技能，多见于篮球、足球、驾驶等行为中，准确完成这种动作的能力似乎与个体快速适应变化环境的能力有关。当环境状态完全可以被预期时，所习得的各种技能在理论上可以被完美地执行，比如、体操运动、保龄球运动等。这种动作技能被称为闭环技能。但开环技能与闭环技能并不完全是一分为二的，同样也是处于一个连续体上。二、动作控制研究简介人类的动作反应是人类对各种外部

4、信号(如交通灯从红色变成绿色)和内部信号(如突然想起了一个约会)所做出的反应。有些动作能够自动进行，但有些动作却需要意识的监控。比如我们的手碰到一个发烫的炉子的时候，手就会自动缩回去，这就是一种最典型的自动化的动作；但像书写等这些动作却需要更多的随意控制。不论引发动作的信号是什么，实际上在所有的动作过程中都会有许多的肌肉与骨骼组织参与其中。相比于也能够执行一些预设动作的人工机械装置，负责执行人类各种动作的骨骼肌肉系统具有很大的自由度，这使得人类的动作具有很高的灵活性。但是骨骼肌肉系统作为一个整体，或者构成该系统的任何一个2组成部

5、分都不能独立地控制任何一个随意动作的执行机制。因此必须要有更高级的控制机制来限制骨骼和肌肉系统的自由度，但实际上在人类动作系统的外周执行结构中并没有这种限制。因此，中枢神经系统和相应的心理机制就必须调节随意运动的功能【61。脊髓能引起某些协调性动作的运动程序，而这些程序会被脑的下行指令所影响、执行和修饰[71。许多动作领域的研究都在关注人类的各种动作形式是如何被控制的：中枢神经系统如何控制和协调骨骼肌肉系统，感觉信息如何被用来选择和控制动作等。这些领域的科学研究被定义为动作控制——研究人类和动物的动作控制过程。可以在多个不同的层

6、面来研究动作控制领域的问题。生理学家在细胞、肌肉、骨骼、关节以及神经系统等层面研究动作控制领域的问题，比如生物力学家关注动作系统的力学等物理和生理特性，神经生理学家关注中枢神经系统控制骨骼肌肉组织的功能。心理学家则主要从行为的层面来研究动作控制，试图理解决定动作绩效的各种因素、以及影响动作控制的各种心理过程。动作控制在心理学和生理学领域的研究，都有两个最基本的方面：一个是我们如何控制我们的动作，另一个是我们如何保持身体的稳定性和平衡性。这两个方面都要涉及到以下四个主要的问题：2．1．自由度问题许多任务可行的执行方式是多样化的。这

7、种特性有许多优势：其一是有利于躲避障碍物，如果你需要去拿一个物体而在途中有障碍物，存在多种方式去做这个动作就会非常有帮助；另一个优势是通常执行一个任务的肢体并不总是能够抽出空来，比如抱着一个大箱子就腾不出手去开灯，但完全可以用非常规的方式打开灯，比如用下巴。一个系统的自由度是这个系统可以独立变化的维度个数。从理论上讲，当一个动作系统的自由度比目标位置的自由度大时，完成这个动作会有无限种方法，比如用手指点鼻尖这个动作(手臂关节有七个自由度，如果考虑到手指会增加更多的自由度，而鼻尖只有三个自由度)。但通常情况下，我们都会迅速地毫不费

8、力地选择其中的一种方法。理解我们是如何作到这一点的就是自由度问题。解决自由度问题的一个途径是动作效率。效率有两个主要的约束，一个是尽可能在动作结束时不让肢体的关节形成一个极端的角度，这样不利于做出另外一个不可预期的反应；另一个是肢体尽可能平滑地运动，最小化肢体加