运动控制感形成机制与脑机接口技术探索

运动控制感形成机制与脑机接口技术探索

控制自身身体和环境物体的感觉被称为运动控制感（SoA）。SoA不仅在日常生活任务和健康中至关重要，其机制对于新技术中人机界面的开发也日益重要。这一需求推动了该领域的研究，特别是理解SoA在陌生环境中如何从零开始产生。

东京大学的研究人员使用专业手套进行了手部与屏幕映射实验，强调了运动探索在产生自我控制体验中的作用。他们的发现可能有助于未来的健康和技术应用。

传统上，SoA通过比较器模型框架来解释。“根据该模型，大脑会映射动作的预测结果，称为内部模型。当这些预测与实际感官反馈匹配时，SoA就会产生，”该研究的合著者、东京大学人文社会学研究科助理教授田中拓实表示。

在考虑获得新运动技能时会出现问题，例如学习一项运动或在神经损伤后重新学习日常活动。虽然比较器模型假设动作的结果在一定程度上是可预测的，但新学习者反而经常先尝试动作，然后探索结果。“这个过程称为运动探索，它有助于形成内部模型并泛化学到的结果，”田中说。

研究团队着手了解SoA在新运动学习场景中如何发展。为了解决这个问题，有必要跟踪SoA从尚未形成预测的学习前阶段开始的变化。

研究选择的运动学习任务涉及通过数据手套控制屏幕上光标的手指运动。调查分为两个实验。第一个实验要求参与者通过试错从零开始学习手部与屏幕的空间映射。在每个学习阶段，研究人员测量了参与者感觉自己控制光标的强度，包括当光标运动在空间或时间上轻微扭曲时。结果显示，在学习前阶段，参与者主要依赖手部和光标运动的时间同步性来判断是否处于控制状态。“然而，经过充分练习后，当光标运动遵循学到的映射时，参与者会感觉光标运动与自己的动作一致——这种趋势在达到较高熟练度的参与者中更为明显，”田中说。

在第二个实验中未观察到SoA的类似增强，该实验旨在通过让参与者简单地模仿呈现的手势将光标移动到目标位置来抑制运动探索。“这表明，”田中说，“仅仅记住手势与光标的关联是不够的；要建立强烈的控制感，学习者必须主动发现潜在规则，例如弯曲食指将光标向右移动。我们称之为结构表征，它似乎通过运动探索发展而来。”

这项研究为获得新运动技能期间SoA的演变提供了关键见解。它通过阐明比较器过程的起源丰富了现有的SoA框架，并可能有助于未来改进康复、虚拟现实和脑机接口中的应用。