文献集总览 / 运动控制、内模型、最优反馈与目标拦截 / C · 最优反馈控制(10 篇) / C06 · 反射适应的任务特异性

C06 · Specificity of reflex adaptation for task-relevant variability

David W. Franklin, Daniel M. Wolpert (2008) The Journal of Neuroscience, 28, 14165–14175. doi:10.1523/JNEUROSCI.4406-08.2008

视觉反馈造成的偏差是否影响终点成功,会影响快速视觉纠正响应的适应。相关偏差使响应增大,原幅度无关偏差主要不增大,加倍无关偏差才显示可靠抑制;三者不能简化为完全匹配统计下的对称变化。

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本文目录
  1. 背景
  2. 研究思路
  3. 方法
  4. 主要结果
  5. 逐图解读
  6. 讨论与解读边界
  7. 思考问题

背景

反馈增益不仅可能随固定环境改变,也可能随试次间变异的意义调整。本文区分持续影响终点的光标偏差与运动末端自行消失的偏差。

研究思路

先用反向指令确认较早纠正响应,再在不同视觉环境中插入完全相同的短暂探测,观察环境学习是否改变探测响应。

方法

主组10名右利手成人,另10人参加双倍幅度对照,其中1人也参加主组;总计19名独立个体。使用vBOT和镜面显示完成25 cm伸手,记录通道力及肌电,1人的肌电因噪声排除。

训练环境的光标偏差为零均值随机幅度:相关条件侧移后保持到终点,无关条件随后回到真实手位。原幅度峰值集合相同,但沿时间或距离积分的偏差信号不同,因此加入双倍幅度无关条件;其峰值方差已不再与原相关条件相同。

探测试次中,光标短暂移动1.5 cm再返回,手受直线通道限制;早晚探测位于行程10%和45%。适应指标主要为探测后180–230 ms平均力差。通道减少实际位移,不能称为消除全部本体感觉。

主要结果

正常环境中,力响应平均约151.5 ms开始,胸大肌和三角肌后束约108–113 ms。要求顺光标扰动方向反应时,较早的反向纠正仍存在,支持其在本任务中的自动成分;不代表绝对早于一切可能的随意响应。

相关偏差环境中探测响应增大,晚期增幅大于早期,支持沿运动过程有选择地调节;早期也增大,不能说增益仅在后半程变化。原幅度无关条件没有同等强度的显著抑制,双倍幅度无关条件则低于前后正常基线。

相关条件上调在早期探测块即可见,回到正常环境后逐渐恢复;双倍无关条件较渐进地降低和恢复。探测块汇总限制了时间分辨率,不能将首块结果解释为第一试次瞬间完成全部适应。

逐图解读

图1 原文 Fig. 1 · PDF 第 2 页

图1 · 装置、探测与训练环境。 B是统一短暂探测,D是周围训练试次的视觉偏差,两者不能混为同一种扰动。双倍无关条件另有更大峰值。

图2 原文 Fig. 2 · PDF 第 5 页

图2 · 单人探测响应。 A为光标,B为力,C为左右扰动之差。通道力朝纠正视觉偏移的方向,图是代表性个体。

图3 原文 Fig. 3 · PDF 第 6 页

图3 · 平均响应与潜伏期。 力和两块肌肉的曲线用于估计开始时间;曲线变异与潜伏期变异使用不同阴影说明,不能互换成同一种置信区间。

图4 原文 Fig. 4 · PDF 第 7 页

图4 · 反向指令对照。 在较晚按指令反应前仍出现反向纠正,支持自动响应。阴影分析窗分别针对力和肌电,不能把它们混成统一潜伏期。

图5 原文 Fig. 5 · PDF 第 8 页

图5 · 光标与手的行为变化。 相关偏差需要补偿,无关偏差的响应随练习减小。C–F为入目标时间及最大横向偏移,后者不是垂直高度误差。

图6 原文 Fig. 6 · PDF 第 9 页

图6 · 稳态探测增益。 A/D为相关,B/E为原幅度无关,C/F为双倍无关。显著上调与显著抑制分别来自不同幅度条件,不是同等方差下的严格对称效应。

图7 原文 Fig. 7 · PDF 第 10 页

图7 · 分块适应。 相关条件较快增大后逐渐恢复,原幅度无关变化较弱,双倍无关渐进降低。每块包含多次运动,且第一个探测前已经历至少四次环境试次。

讨论与解读边界

相同探测在不同训练背景下引起不同响应,说明纠正策略依赖近期环境及任务意义。这与最小干预相容,但研究未拟合唯一最优控制器或直接识别负责计算的脑区。

峰值匹配和积分信号大小的差异,以及双倍幅度对照,都是解释的重要条件。由此提出不确定性检测或学习阈值是合理假说,本文没有测量完整剂量曲线或确定具体教学信号。

思考问题

  1. 同时控制峰值、持续时间和终点后果,任务相关性还会怎样改变早晚探测增益?
  2. 在多个无关偏差幅度下,响应抑制能否由连续模型解释,是否需要额外的变化检测机制?
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