运动学习整理

[1][Conditt, M. A. , Francesca, G. , & Mussa-Ivaldi, F. A. . (1997). The motor system does not learn the dynamics of the arm by rote memorization of past experience. Journal of Neurophysiology, 78(1), 554-560.]

研究目的是探究在外部施加干扰力场时手臂运动的适应机制。原假设是通过学习手臂的状态(位置和速度)与该状态下的力之间的映射来适应,备择假设是通过不同轨迹对应的干扰力的时间序列的记忆来适应。结果发现:1.适应发生在不同类型的动作中,包括但不限于reaching运动;2.在相同的外部区域中对不同动作的适应是普遍存在的。这些结果支持:通过学习适应运动变化的过程中,运动是独立适应的。

[2][Brashers-Krug, T. , Shadmehr, R. , & Bizzi, E. . (1996). Consolidation in human motor memory. Nature, 382(6588), 252.]

学习的运动技能会在练习结束后继续发展,该现象为巩固。本实验显示出当在第一个任务之后立刻学习第二个任务时,运动技能的巩固会被干扰;如果在这两个任务之间有4小时的间隔则不会干扰,巩固出现在这个时期。本研究发现运动记忆可以通过类似的巩固过程转化。通过扩大运动记忆的巩固现象,结果表明当编码和储存新信息时不同的神经系统具有类似的特征。

[3][Caithness, & G. (2004). Failure to consolidate the consolidation theory of learning for sensorimotor adaptation tasks. Journal of Neuroence the Official Journal of the Society for Neuroence, 24(40), 8662-71.]

在人类运动中存在巩固期的观点,此时运动记忆转变为永久状态且不容易受到新学习的干扰。当任务A完成后立即进行任务B,则A的记忆会衰退。如果中间有间隔(如6小时)则不会衰退。本文使用ABA范式在reaching任务中探究任务B对任务A的影响。两个视觉旋转的实验表明即使在A 24小时后进行B,也会对A产生完全干扰。在适应力场实验也发现即使中间间隔24小时或一周也会出现完全的干扰。以上结果不能支持运动记忆会被巩固进入被保护的状态。支持记忆可以在活动状态和非活动状态之间转换。

[4][Paul R. Davidson & Daniel M. Wolpert(2004). Internal models underlying grasp can be additively combined. 155(3), 334-340.]

通过研究人们在精确抓握物体时产生的力,探究了将两个学习到的内部模型联合的能力。被试被要求举起两个形状相同但重量不同的物体,由此形成两个内部模型。然后将物体叠在一起举起。结果表明被试可以将两个物体模型联合起来,但是物体重量的总和有估计偏差。

[5][Shadmehr R& Brashers-Krug T(1997). Functional stages in the formation of human long-term motor memory.. 17(1), 409-19.]

之前的研究发现灵长类动物的中枢神经系统有学习和储存多个矛盾的视觉运动地图的能力。在这里研究了人类被试学习reaching运动的能力,证明两个运动地图都会被学习和保留,前提条件为间隔5小时;如果间隔更短,则从找到适合于第一个任务的内部模型开始学习第二个任务。后效应表明,间隔较短时,第二个任务会完全干扰第一个任务的学习。结果表明,执行任务后数小时内,运动记忆的抵抗力发生了明显变化。我们提出运动记忆至少由两部分组成:训练阶段后不久,一个成分会逐渐消失;另一个成分会增加。第一个成分是形成长时记忆、短时记忆的成分。

reaching范式

[6][Krakauer, & J., W. . (2005). Adaptation to visuomotor transformations: consolidation, interference, and forgetting. Journal of Neuroence, 25(2), 473-478.]

task A3task B3task A范式来源于改变任务A和任务B之间的时间间隔,该范式已经被广泛地应用于研究运动记忆的巩固。巩固被定义为逆向的干扰(任务B对先任务A的干扰),在简单技能、运动序列和学习力场中被证明了。而数据表明视觉学习并不会巩固。我们的实验表明对30°屏幕的适应在24小时后的再学习中是更快和更复杂的。而如果原始旋转5分钟,将会抑制对30°反向偏转的学习。我们应该确定在什么条件下旋转学习可以抵抗反向旋转。实验一发现,在初始旋转24小时后学会了反向旋转,抵抗干扰能力存在。实验二通过在学习前引入间隔消除之前学习的干扰,发现在5分钟后不存在抵抗干扰能力,24小时后可以学会反向旋转。实验三将初始学习的次数增加了一倍,在5分钟后进行反向旋转时发现了抗干扰能力。结果表明,持久性的干扰是由于前摄干扰。

[7][Wada, Y. , Kawabata, Y. , Kotosaka, S. , Yamamoto, K. , Kitazawa, S. , & Kawato, M. . (2003). Acquisition and contextual switching of multiple internal models for different viscous force fields. Neuroscience Research, 46(3), 319-331.]

人类可以在不同的环境中学习大量的动作行为。为了解释这一点,MOSAIC模型假设大脑需要多个可转换的内部模型。之前的行为研究检验了手臂运动对多种环境的适应,发现其学习能力是有限的。本实验以红色和蓝色提示相反的力场,发现误差随着训练天数的增加而降低。表明人类可以学习两个力场并构建多个可以进行转换的内部模型;学习的效果取决于提示线索的有效性和力场的相似性。

[8][Krouchev, N. I. , & Kalaska, J. F. . (2003). Context-dependent anticipation of different task dynamics: rapid recall of appropriate motor skills using visual cues. Journal of Neurophysiology, 89(2), 1165-1175.]

最近的研究报告,被试表现出不同程度地使用背景线索来回忆需要在手臂运动中适应不同力场的能力。尤其是在一定的训练时间后,被试表现出不能根据颜色线索来调整运动的能力。本实验发现猴子在肘部运动任务中可以使用颜色线索来预测力场、调整运动。

[9][Tong, C. , & Flanagan, J. R. . (2003). Task-specific internal models for kinematic transformations. Journal of Neurophysiology, 90(2), 578-585.]

大量的运动学习研究关注个体怎样将他们的reaching运动适应于动态的环境。本文使用干扰范式研究了当学习视觉转换时是否观察到任务的转换。在第一天,所有的被试适应了在reaching中进行从中心前后移动的30°偏转。在5分钟后,分3组进行8个方向画线任务或者连续追踪任务或者从中心前后移动的任务,在其中适应了30°反向偏转。前后移动任务组的被试在第二天的测试中没有保留第一天的旋转。相反,另外两组被试表现出与未经历反向旋转任务的对照组被试类似。这表明视觉旋转的记忆是针对任务的。

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