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可能是人脑的反馈系统异常

时间:2022-02-20 百科知识 版权反馈
【摘要】:可能是人脑的反馈系统异常Owl of Minerva关于写字的动作控制,我们需要先看一下控制的反馈模型:这个简单模型是如此的成功,它不仅大量和普遍地适用于工程控制系统[1],还能描述人脑很多能力的情况[2],比如我们的歌唱发声[3]、肢体动作[4]以及我们这里要讨论的写字[5]。最为普遍的是出现在反馈系统的 Sensor 中,即脑子无法根据输出的笔画情况给出正常的调整信号。Sensor 的反馈信号错误是手写字无法控制的混乱的最为普遍的因素。
可能是人脑的反馈系统异常_知乎周刊・201

可能是人脑的反馈系统异常


Owl of Minerva


关于写字的动作控制,我们需要先看一下控制的反馈(feed back)模型:


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这个简单模型是如此的成功,它不仅大量和普遍地适用于工程控制系统[1],还能描述人脑很多能力的情况[2],比如我们的歌唱发声[3]、肢体动作[4]以及我们这里要讨论的写字[5]。歌唱发声方面,以给出一个连续的音高(在钢琴上不断弹出 A 音,A=440Hz),人唱出对应的音高(A)这种最简单的情况为例。参考(Reference)是钢琴发出的 A 音,大脑(Controller)控制人发生,声带口腔等(System)做出动作发声(System output),人耳(Sensor)听到发出的声音,根据与钢琴 A 音的误差(Measured output),大脑做出调整,以使发出的声音更准确,减少误差。在实际情况中,这个调整过程可能非常短,在人意识到之前就完成了。经过训练的人,甚至可以不需要参考,就能发出准确的声音(绝对音高)。肢体控制方面,以伸手去拿杯子为例,参照(Reference)物便是杯子所在的位置,它是静态的。人脑(Controller)发出控制指令,手臂等系统(System)做出动作(System output),在动作的过程中,人眼(Sensor)会测量手臂与杯子之间的距离及相对方位(Measured output),反馈给大脑做出反应以控制下一步的运动动作和方向。


关于反馈控制系统的好坏,通常有三种情况:


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A.收敛,有残差;即输出保持稳定,但跟需要的值有一定距离;


B.收敛,无产差;即输出保持稳定,跟需要的值差距可以忽略;


C.不收敛(震荡,甚至发散)。


上面的 A 和 C 都是我们不希望看到的情况,B 是我们希望的,而且可以进一步地通过各种参数衡量 B 情况下控制效果的好坏,如对一个单位阶跃信号的稳定控制系统响应曲线:


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以误差 0.02 内算作稳定,系统进入稳定的时间 T_s 越小,通常认为系统越优秀。也就是我们通过练习可以逐渐日臻完美。而对以此标准衡量,同样优秀的系统按照输出信号振荡的情况不同,还以分为以下三种情况:


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整个反馈系统(feedback system)的任意一环(Controller, System, Sensor)失效,都会导致系统的控制结果特征的改变,甚至由稳定控制系统(B)变成不稳定的控制系统(A 和 C)。 


正常人在有视觉反馈的情况下书写如下[6]:


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在没有视觉反馈情况下的对比[7]:


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如果反馈控制系统失效,比如帕金森综合征的情况,患者主要表现为无法抑制的不自主的抖动和认知能力下降,那 TA 写出的字就会出现很多问题。除抖动外,字还会越写越小[8, 9],即使被要求尽量写大一点:


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帕金森综合征的患者是反馈系统的全部环节(Controller, System, Sensor)失效的最严重情况。一般脑损伤者,如知友 Jack Wang 在他的回答中提到的,通常只有部分环节失效。最为普遍的是出现在反馈系统的 Sensor 中,即脑子无法根据输出的笔画情况给出正常的调整信号。在开始写字的阶段,误差(跟好的字比较)不算明显,但是随着时间延长,连续写的字/笔画越多,误差就越大(系统发散,情况 C)。甚至不如闭眼写字好,因为闭眼情况下,反馈系统改变了形态,变成了直接输出,其误差跟 Sensor 的反馈信号没有关系。


Sensor 的反馈信号错误是手写字无法控制的混乱的最为普遍的因素(也是题主的因素)。具体可以表现为八种情况[10-13]:


1.视觉区分(Visual discrimination)能力不足:表现为无法或者区分某些字母或者笔画,在影响手写能力的同时影响阅读能力。


2.字符-背景区分(Visual figure-ground discrimination)区分能力不足:表现为无法或者难以将字符从背景图像中提取出来,同时会影响阅读和手写。


3.视觉列序能力不足(Visual sequencing):表现为无法或难以记住字的笔画,在字母文字中表现为无法或难以记住单词中字母的位置,主要影响手写能力。


4.视觉-运动处理能力不足(Visual-motor processing):表现为无法控制手将文字写在行内,或者保持行间大致平行。通常只影响手写能力。


5.短期或者长期视觉记忆能力不足(Long- or short-term visual memory):表现为看到一个字,无法或者难以手写出来,因为已经忘记了怎么写。通常只影响手写能力。


6.视觉空间能力不足(Visual-spatial):表现为无法或者难以感知物体的位置和相对位置,在手写时候表现为难以控制偏旁部首笔画之间的空间位置和距离,以及字与字之间的相对位置和距离。影响手写能力。


7.视觉推测能力不足(Visual closure):表现为只呈现部分物体时,无法说出整体是什么,即使是非常常见的事物。主要影响手写能力。


8.字符误序(Letter and symbol reversal):表现为不自主地写错数字和文字的顺序。


通常以上八种问题在儿童时期比较常见,随着大脑发育,大部分情况会缓解或者消失[14],但是也不排除有像题主这样持续到成年甚至终身的情况。类似的情况在其他知觉中也有,比如五音不全(失音症)。这样的人在唱歌时候会找不到音调,在说中文和越南语这种音调语言时,会表现为语调奇异,陈述和疑问语气分辨度低,而且难以理解别人说话时候的语调和情绪。在说英文这样的跟语调不大相关的语言时,情况会缓解很多。


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[1] Desoer, C. A., et al. "Feedback system design: the fractional representation approach to analysis and synthesis." Automatic Control, IEEE Transactions on25.3 (1980): 399-412.


[2] Ashby, W. Ross. "Design for a brain." (1952).


[3] Fex, Jörgen. "Auditory activity in centrifugal and centripetal cochlear fibres in cat. A study of a feedback system." Acta Physiologica Scandinavica. Supplementum 189 (1962): 1.


[4] Saunders, Jeffrey A., and David C. Knill. "Humans use continuous visual feedback from the hand to control fast reaching movements." Experimental Brain Research 152.3 (2003): 341-352.


[5] Ogawa, Kenji, Toshio Inui, and Takeshi Sugio. "Separating brain regions involved in internally guided and visual feedback control of moving effectors: an event-related fMRI study." Neuroimage32.4 (2006): 1760-1770.


[6] Marquardt, C., W. Gentz, and N. Mai. "Visual control of automated handwriting movements."Experimental brain research 128.1-2 (1999): 224-228.


[7] Smyth, Mary M., and Gil Silvers. "Functions of vision in the control of handwriting." Acta Psychologica 65.1 (1987): 47-64.


[8] McLennan, J. E., et al. "Micrographia in Parkinson's disease." Journal of the neurological sciences 15.2 (1972): 141-152.


[9] Teulings, H. L., et al. "Adaptation of handwriting size under distorted visual feedback in patients with Parkinson's disease and elderly and young controls."Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry 72.3 (2002): 315-324.


[10] Margolin, David I. "The neuropsychology of writing and spelling: Semantic, phonological, motor, and perceptual processes." The Quarterly Journal of Experimental Psychology 36.3 (1984): 459-489.


[11] Lord, Richard, and Charles Hulme. "Visual perception and drawing ability in clumsy and normal children." British Journal of Developmental Psychology 6.1 (1988): 1-9.


[12] MAELAND, ANNLAUG FLEM. "Handwriting and perceptual-motor skills in clumsy, dysgraphic, and'normal'children." Perceptual and motor skills 75.3f (1992): 1207-1217.


[13] Volman, M. J. M., Brecht M. van Schendel, and Marian J. Jongmans. "Handwriting difficulties in primary school children: A search for underlying mechanisms." American Journal of Occupational Therapy 60.4 (2006): 451-460.


[14] Feder, Katya P., and Annette Majnemer. "Handwriting development, competency, and intervention." Developmental Medicine & Child Neurology49.4 (2007): 312-317.


2015-03-14 


精选评论:


题主


感谢答主,终于解开了困惑我多年的疑虑,让我更加明白自身的构造。并且,明白有些事情不必强求,坚持努力克服缺点,把自己的优点继续发扬就足够了。关键是自己开心,说实话,那段被嘲笑的时光反而让我更加努力,才会有今天的我。


Owl of Minerva(作者) 回复 题主


在神经科学角度,【每个人】或多或少存在一些发育或者后天的问题,即在别人看来理所当然的事情,在自己却是无论如何也做不到的。这种情况我更愿意把它定义为『异常』而非疾病。大众对这些事实缺乏了解,一方面容易嘲笑别人,另一方面当自己遇到类似情况,找不到原因时,容易归于『我就是比别人差』这样的心理。这是要力争避免的。


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