目標(biāo)大小對(duì)單臂和雙臂動(dòng)作控制特點(diǎn)的影響

王超懿，鄒曉峰，朱寒笑，Charles H.Shea

日常生活中的很多動(dòng)作，如穿針、系鞋帶、系扣子需要我們兩側(cè)手臂協(xié)調(diào)配合去完成。這些動(dòng)作任務(wù)往往對(duì)動(dòng)作的準(zhǔn)確性有所要求。設(shè)計(jì)本試驗(yàn)的目的，是為了研究目標(biāo)的大小對(duì)于手臂控制特點(diǎn)的影響。

許多動(dòng)作技能，如彈鋼琴或投籃等，運(yùn)動(dòng)者需要同時(shí)兼顧速度和準(zhǔn)確性。在這些運(yùn)動(dòng)技能中，需要在速度和準(zhǔn)確性之間做出權(quán)衡。運(yùn)動(dòng)者要么犧牲速度來(lái)提高準(zhǔn)確性，要么犧牲準(zhǔn)確性以提高運(yùn)動(dòng)的速度。Fitts定律在量化速度—準(zhǔn)確性現(xiàn)象方面發(fā)揮了重要作用[1]。FITTS發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)者手臂在2個(gè)目標(biāo)區(qū)域來(lái)回移動(dòng)時(shí)，目標(biāo)區(qū)域的寬度減少或運(yùn)動(dòng)幅度的增加都會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)間平均運(yùn)動(dòng)時(shí)間的增加。FITTS提出了一個(gè)對(duì)數(shù)方程來(lái)測(cè)量動(dòng)作難度，稱為難度系數(shù)（ID-index of difficulty），即ID=log2（2A/W），其中A代表兩目標(biāo)中心間的距離，W代表目標(biāo)寬度。FITTS發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的難度系數(shù)（ID）與運(yùn)動(dòng)時(shí)間（MT）成線性關(guān)系：MT=a+b*（ID）。運(yùn)動(dòng)時(shí)間和難度系數(shù)的關(guān)系被稱為Fitts定律。Fitts定律被在很多互惠目標(biāo)運(yùn)動(dòng)上進(jìn)行了測(cè)試，并被驗(yàn)證有效[2-5]。

許多學(xué)者系統(tǒng)地研究了不同難度系數(shù)下右臂（單臂）目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的控制過(guò)程，并指出高ID和低ID動(dòng)作在運(yùn)動(dòng)學(xué)特征上的不同[6-11]。對(duì)于低難度系數(shù)的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作的軌跡平滑并且協(xié)調(diào)，一個(gè)動(dòng)作加速和減速過(guò)程的分配比較平均，在目標(biāo)處轉(zhuǎn)折的停留時(shí)間很短或幾乎為零。對(duì)于高難度系數(shù)的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)作的軌跡不那么平滑且不協(xié)調(diào)，一個(gè)動(dòng)作的大部分運(yùn)動(dòng)時(shí)間都被分配到減速的階段，在目標(biāo)處轉(zhuǎn)折的停留時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些。伴隨ID的增加，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征可以被描述為一種由非連續(xù)性運(yùn)動(dòng)到周期性運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。周期性控制具有開(kāi)環(huán)控制的特征，反映在較短的運(yùn)動(dòng)和停留時(shí)間以及加速百分比和協(xié)調(diào)指數(shù)的增加。非連續(xù)性控制具有閉環(huán)控制的特征，反映在較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)和停留時(shí)間以及加速百分比和協(xié)調(diào)指數(shù)的下降[7]。BUCHANAN等[7]指出，周期性控制和非連續(xù)性控制特點(diǎn)的轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在ID為4.0～4.9的區(qū)間。

相比于單臂目標(biāo)運(yùn)動(dòng)研究，雙臂目標(biāo)運(yùn)動(dòng)研究的文獻(xiàn)并不多見(jiàn)。KELSO等[12]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)雙臂同時(shí)做不同ID目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)itts定律不再適用。在KELSO等[12]的經(jīng)典雙臂目標(biāo)試驗(yàn)中，受試者被要求將2個(gè)食指從中線位置盡可能快和準(zhǔn)確地移動(dòng)到位于左右2側(cè)的2個(gè)目標(biāo)區(qū)域。目標(biāo)區(qū)域的大小和到中線的距離，致使2手臂的運(yùn)動(dòng)具有相同或不同的ID。當(dāng)2目標(biāo)的ID不同時(shí)，用于執(zhí)行低ID動(dòng)作的手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)間被延長(zhǎng)，以匹配執(zhí)行高ID動(dòng)作的手臂運(yùn)動(dòng)時(shí)間。作者得出的結(jié)論是，雙臂同時(shí)做不同ID運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)在控制機(jī)制限制兩側(cè)手臂去做協(xié)同運(yùn)動(dòng)。也就是說(shuō)，雙臂運(yùn)動(dòng)在某些情況下比單臂運(yùn)動(dòng)更難完成。

有關(guān)雙臂協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)研究，通常是通過(guò)讓左右兩側(cè)肢體做相同或不同模式的周期性屈伸運(yùn)動(dòng)來(lái)完成[13-18]。雙臂協(xié)調(diào)文獻(xiàn)一再表明，同相位（in-phase）協(xié)調(diào)模式是高度穩(wěn)定的，而其他相位協(xié)調(diào)模式運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性相對(duì)弱，并更難完成[16，19-20]。同相位的模式，指雙臂的協(xié)同肌同時(shí)運(yùn)動(dòng)；反相位的模式，指雙臂的拮抗肌同時(shí)運(yùn)動(dòng)[14]。當(dāng)運(yùn)動(dòng)者在執(zhí)行同相位或其他相位協(xié)調(diào)模式運(yùn)動(dòng)時(shí)，增加運(yùn)動(dòng)頻率，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)者的運(yùn)動(dòng)模式從其他類型模式（如反相位模式、有90°相位差、雙臂做不同頻率的模式等）不由自主地轉(zhuǎn)換至同相位模式，而不會(huì)導(dǎo)致從同相位模式轉(zhuǎn)換至其他類型模式[21]。有90°相位差的協(xié)調(diào)模式，可以被理解為一側(cè)手臂總是保持晚于另一側(cè)手臂1/4周期做同樣的動(dòng)作（一次屈伸運(yùn)動(dòng)代表一個(gè)周期）。通過(guò)掃描有0°～180°相對(duì)相位的試驗(yàn)，YAMANISHI等[20]發(fā)現(xiàn)，所有被測(cè)試的2側(cè)手臂的相位誤差及其變率都比同相位（0°相對(duì)相位）模式高，雖然反相位（180°相對(duì)相位）動(dòng)作較其他（非同相位）模式穩(wěn)定。研究者得出結(jié)論，雙臂協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在機(jī)理是，同相位和反相位以外的協(xié)調(diào)模式都相對(duì)不穩(wěn)定，傾向于向同相位和反相位模式轉(zhuǎn)換[15]。

近些年的研究表明，在完成同相位和反相位之外的相對(duì)相位模式的困難主要是由注意力和感知覺(jué)的限制造成的。然而，這些限制因素可以通過(guò)提供給受試者一個(gè)整合了雙臂關(guān)系的反饋信息，使限制因素最小化。如Lissajous視覺(jué)反饋[22-25]，被證明能夠提供給受試者一些有效的信息。這些有效的信息，能夠幫助受試者通過(guò)幾分鐘的練習(xí)就可以快速和有效地完成各種各樣雙臂協(xié)調(diào)任務(wù)。這些雙臂協(xié)調(diào)任務(wù)包括了同相位和反相位之外的其他相位的協(xié)調(diào)模式。Lissajous反饋，將雙臂的位置整合到屏幕上的一個(gè)點(diǎn)上[22-25]。受試者通過(guò)在屏幕上指定的軌跡模版上移動(dòng)光標(biāo)，可以完成很多不同模式的雙臂協(xié)調(diào)任務(wù)。

從現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)來(lái)看，盡管很多學(xué)者研究了Fitts定律，而從雙臂的角度對(duì)Fitts定律進(jìn)行的研究還很有限[12，23-25]。通過(guò)改變?cè)贚issajous視覺(jué)反饋運(yùn)動(dòng)模板呈現(xiàn)方法，以及改變?cè)贚issajous視覺(jué)反饋平面上目標(biāo)的位置和大小，本研究將單、雙臂運(yùn)動(dòng)和Fitts運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。通過(guò)比較單雙臂同相位目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的控制特點(diǎn)，從而理解雙臂同相位目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的控制特點(diǎn)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本試驗(yàn)選取Texas A&M大學(xué)的16名[6男，10女，年齡（19.88±1.15）歲] 健康成年受試者參與本試驗(yàn)。受試者之前沒(méi)有做過(guò)類似的試驗(yàn)。我們用修改版的Coren偏手性評(píng)價(jià)量表[26]來(lái)評(píng)價(jià)受試者的偏手性。其中，一名受試者偏手性為左利手，其余受試者偏手性均為右利手。

1.2 研究方法

1.2.1 儀器設(shè)備 試驗(yàn)的儀器包括2個(gè)水平控制桿，它們分別由2個(gè)近乎無(wú)摩擦的轉(zhuǎn)軸固定在一個(gè)桌子上。一個(gè)控制桿固定在桌子的左側(cè)，由受試者的左側(cè)前臂來(lái)控制；另一個(gè)控制桿在桌子的右側(cè)，由受試者的右側(cè)前臂來(lái)控制。旋轉(zhuǎn)軸允許控制桿在桌面以上的水平面轉(zhuǎn)動(dòng)。桿的前端安裝了垂直手柄。受試者需要將肘部置于轉(zhuǎn)軸上方并將前臂與控制桿對(duì)齊，然后手握手柄（手柄的位置可根據(jù)臂長(zhǎng)調(diào)整）。控制桿的旋轉(zhuǎn)角度數(shù)據(jù)，由安置在轉(zhuǎn)軸上的角度傳感器測(cè)定。角度傳感器的采樣頻率為200 Hz。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將用于控制視覺(jué)反饋顯示面上的指針（光標(biāo)）的位置。將指示控制桿位置的指針，通過(guò)受試者后上方的投影儀投射到受試者前方2 m的墻上。在視覺(jué)反饋顯示面上，伸或屈左臂會(huì)使光標(biāo)相應(yīng)向上或向下移動(dòng)；而屈或伸右臂使光標(biāo)相應(yīng)向左或向右移動(dòng)。一個(gè)木制框架被用來(lái)防止受試者在試驗(yàn)中看到自己的手臂，從而使受試者只能通過(guò)視覺(jué)反饋顯示面上的光標(biāo)來(lái)調(diào)整自己手臂的移動(dòng)。

1.2.2 測(cè)試方法 受試者坐在桌子前面的一個(gè)可調(diào)節(jié)高度的椅子上。在雙臂或單臂的情況下，2個(gè)水平、垂直、或成對(duì)角位置的目標(biāo)框被投影在受試者前方的屏幕上（見(jiàn)圖1）。受試者需要盡可能快并準(zhǔn)確地在2目標(biāo)框間來(lái)回移動(dòng)光標(biāo)。準(zhǔn)確性，是指要求受試者在目標(biāo)框內(nèi)轉(zhuǎn)換光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，而不是在超過(guò)或沒(méi)有達(dá)到目標(biāo)框時(shí)轉(zhuǎn)換。在每個(gè)任務(wù)中，2個(gè)目標(biāo)框的大小相同。2個(gè)目標(biāo)框中心之間的距離（A）被設(shè)定為40°和目標(biāo)框?qū)挾龋╓）被分別設(shè)定為14.14°、10°、7.07°、5°、3.54°、2.5°、1.77°和1.25°。根據(jù)Fitts定律（ID=log2（2A/W）），會(huì)對(duì)雙側(cè)或一側(cè)手臂形成難度系數(shù)（ID）為2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5和6的屈伸任務(wù)。一種情況下，試驗(yàn)以ID升序的方式進(jìn)行；另一種情況下，試驗(yàn)以ID降序的方式進(jìn)行。代表每一個(gè)ID的目標(biāo)將會(huì)出現(xiàn)7.5 s然后立即變換到下一個(gè)ID。因此，每次試驗(yàn)嘗試的時(shí)間為60 s。試驗(yàn)分為2種情況：雙臂的情況和單臂的情況。單臂的情況又分為左臂和右臂的情況。試驗(yàn)還分2個(gè)難度系數(shù)順序：升難度系數(shù)順序和降難度系數(shù)順序。在升難度系數(shù)和降難度系數(shù)的情況下每種情況分別做4個(gè)試驗(yàn)嘗試。每種情況的最后1次試驗(yàn)嘗試的數(shù)據(jù)將會(huì)被用于數(shù)據(jù)分析。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 手臂的單臂控制特點(diǎn)可以通過(guò)以下4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估：運(yùn)動(dòng)時(shí)間（MT，Movement Time）、停留時(shí)間（DT，Dwell Time）、加速百分比（PTPV，Percent Time to Peak Velocity）和協(xié)調(diào)指數(shù)（H，Harmonicity）。手臂的雙臂控制特點(diǎn)可以通過(guò)以下2個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估：平均相對(duì)相位和平均相對(duì)相位的變率。

在數(shù)據(jù)分析進(jìn)行之前，將每個(gè)試驗(yàn)嘗試（60 s）的位移序列分割成8段（每個(gè)7.5 s）。每段代表一個(gè)ID情況。在每個(gè)ID位移序列段的基礎(chǔ)上，計(jì)算以上4個(gè)指標(biāo)。

運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)、結(jié)束時(shí)間點(diǎn)和加速百分比，是在每個(gè)半周期峰值速度基礎(chǔ)上計(jì)算的。每個(gè)半周期代表一個(gè)屈或伸的動(dòng)作。在每半個(gè)周期內(nèi)，運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)間點(diǎn)（Onset）是從峰值速度（PV，Peak Velocity）開(kāi)始向后追蹤到第1個(gè)小于5%峰值速度的時(shí)間點(diǎn)；運(yùn)動(dòng)結(jié)束時(shí)間點(diǎn)（Offset）是從峰值速度開(kāi)始向前追蹤到第1個(gè)小于5%峰值速度的時(shí)間點(diǎn)。在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)中，增加難度系數(shù)將導(dǎo)致用于準(zhǔn)備后續(xù)周期運(yùn)動(dòng)的（在目標(biāo)區(qū)域轉(zhuǎn)折動(dòng)作的）時(shí)間延長(zhǎng)[27-28]。這段時(shí)間被稱為停留時(shí)間，停留時(shí)間的公式是：DT=Onseti+1-Offseti；運(yùn)動(dòng)時(shí)間的方程是：MT=Offseti-Onseti；加速百分比的公式是：PTPV=（PVi-Onseti）/（Offseti-Onseti）。

加速百分比，用以指示手臂每個(gè)屈或伸運(yùn)動(dòng)有多少比例的時(shí)間用以加速或減速。一般來(lái)講，難度系數(shù)比較低的運(yùn)動(dòng)加速和減速的分配較平均，而難度系數(shù)比較高的運(yùn)動(dòng)大部分時(shí)間都用以減速。在減速的這段時(shí)間里，受試者利用視覺(jué)反饋不斷地調(diào)節(jié)手臂與目標(biāo)之間的距離。

為了計(jì)算協(xié)調(diào)指數(shù)，在位移時(shí)間序列中，位移為0的2個(gè)相鄰點(diǎn)之間的區(qū)域被定義為協(xié)調(diào)指數(shù)計(jì)算窗[7，9]。每一時(shí)間窗包括一個(gè)屈-伸（或伸-屈）的轉(zhuǎn)換。在時(shí)間窗內(nèi)，在過(guò)濾后的加速度時(shí)間序列中可以觀測(cè)到所有的轉(zhuǎn)向點(diǎn)。當(dāng)在一個(gè)計(jì)算窗內(nèi)所有的轉(zhuǎn)向點(diǎn)為正值或者負(fù)值時(shí)，協(xié)調(diào)指數(shù)為加速度絕對(duì)值最小的轉(zhuǎn)折點(diǎn)與加速度絕對(duì)值最大的轉(zhuǎn)折點(diǎn)的比值。當(dāng)一個(gè)計(jì)算窗有且只有一個(gè)加速度單峰值（轉(zhuǎn)向點(diǎn)）時(shí)，協(xié)調(diào)指數(shù)為1，表示肢體做諧波運(yùn)動(dòng)（harmonic motion）。如果加速度跡線在該計(jì)算窗內(nèi)由負(fù)到正穿越零點(diǎn)（或由正到負(fù)穿越零點(diǎn)），協(xié)調(diào)指數(shù)的值為0，表示非諧波運(yùn)動(dòng)（inharmonic motion）。最后，對(duì)每個(gè)時(shí)間窗下的協(xié)調(diào)指數(shù)求取平均值，得到一個(gè)ID情況下的協(xié)調(diào)指數(shù)的平均值。協(xié)調(diào)指數(shù)的平均值將與經(jīng)驗(yàn)值0.5進(jìn)行比較，用以判斷是否發(fā)生了周期性到非連續(xù)性運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換（或反之亦然）[7，10-11]。協(xié)調(diào)指數(shù)的平均值越大（＞0.5），單臂的運(yùn)動(dòng)模式與周期性運(yùn)動(dòng)越接近；協(xié)調(diào)指數(shù)的平均值越小（＜0.5），單臂的運(yùn)動(dòng)模式與非連續(xù)性運(yùn)動(dòng)越接近。

在雙臂動(dòng)作任務(wù)的每次嘗試中，每側(cè)手臂的相位角（phase angle）θ被測(cè)量，計(jì)算方法同KELSO等[19]和WANG等[25]研究：在雙臂動(dòng)作任務(wù)的每次嘗試中，每側(cè)手臂的連續(xù)相對(duì)相位（a continuous relative phase measure）c被計(jì)算，以檢驗(yàn)手臂在完成動(dòng)作任務(wù)時(shí)的時(shí)空協(xié)調(diào)情況。若要計(jì)算連續(xù)相對(duì)相位，首先要計(jì)算在每個(gè)采樣點(diǎn)上的連續(xù)相對(duì)相位角。連續(xù)相對(duì)相位角是根據(jù)代表每側(cè)手臂的水平桿的位移（x）和速度時(shí)間序列計(jì)算得出的。位移（x）和速度時(shí)間序列被平均居中，并且重新調(diào)整到-1～1的范圍。對(duì)于每側(cè)手臂，每個(gè)采樣點(diǎn)的連續(xù)相位角的計(jì)算方法如下：

然后，用每個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的左臂的相位角減去右臂的相位角得出相對(duì)相位差：RPi=θ左i-θ右i。取一次嘗試中采樣點(diǎn)相對(duì)相位差的平均值，得到平均相對(duì)相位（relative phase）。平均相對(duì)相位用以指示雙臂的耦合（coupling）程度。相對(duì)相位值越小，指示雙臂的協(xié)同運(yùn)動(dòng)就越緊密。相對(duì)相位的變率（relative phase variability）為一次嘗試中每個(gè)采樣點(diǎn)相對(duì)相位差的變率，用以反映雙臂協(xié)調(diào)模式的穩(wěn)定性[19]。

反應(yīng)單臂控制特點(diǎn)的4個(gè)指標(biāo)將通過(guò)單雙臂（單臂，雙臂）×ID（2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6）×左右臂（左，右）×順序（升難度系數(shù)，降難度系數(shù)）的方差分析。其中，所有情況為重復(fù)測(cè)量因素。丹肯新多重范圍測(cè)試（Duncan's new multiple range test）和簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析（simple main effects）被用于進(jìn)一步分析顯著的主效應(yīng)。所有的測(cè)試將使用0.05的顯著水平。

反應(yīng)雙臂控制特點(diǎn)的2個(gè)指標(biāo)將通過(guò)ID（2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6）×順序（升難度系數(shù)，降難度系數(shù)）的方差分析。其中，所有情況為重復(fù)測(cè)量因素。丹肯新多重范圍測(cè)試和簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析被用于進(jìn)一步分析顯著的主效應(yīng)。所有的測(cè)試將使用0.05的顯著水平。

2 結(jié)果

雙臂和單臂在不同ID和順序（升或降ID）下，反應(yīng)手臂控制特點(diǎn)的指標(biāo)的描述性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 雙臂和單臂指標(biāo)的描述性統(tǒng)計(jì)Table 1 Bimanual and Unimanual Descriptive Statistics

2.1 運(yùn)動(dòng)時(shí)間

運(yùn)動(dòng)時(shí)間的分析檢測(cè)到單雙臂的主效應(yīng)[F（1，14）=32.34，P＜0.01] ，ID 的主效應(yīng)[F（7，98）=163.85，P＜0.01] 和順序的主效應(yīng)[F（1，14）=4.94，P＜0.05] 。此外，順序×ID交互作用[F（7，98）=9.91，P＜0.01] 顯著（見(jiàn)圖2A）。雙臂情況（M=0.904 s）的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比單臂情況（M=0.637 s）長(zhǎng)。順序×ID交互的簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析的結(jié)果表明，隨著ID每增加1個(gè)單位，2個(gè)順序的運(yùn)動(dòng)時(shí)間都增加。順序×ID交互作用的簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析的結(jié)果也表明，在ID從5～6的情況下，升ID順序的運(yùn)動(dòng)時(shí)間要比降ID順序的運(yùn)動(dòng)時(shí)間短，但是在其他ID情況下，2個(gè)不同順序之間運(yùn)動(dòng)時(shí)間差異不顯著。

2.2 停留時(shí)間

停留時(shí)間的分析檢測(cè)到單雙臂的主效應(yīng)[F（1，14）=10.23，P＜0.01] 和 ID 的主效應(yīng)[F（7，98）=41.13，P＜0.01] 。另外，單雙臂×ID交互作用[F（7，98）=5.30，P＜0.01] 顯著（見(jiàn)圖 2B）。單雙臂×ID交互作用的簡(jiǎn)單主效應(yīng)的分析結(jié)果表明，隨著ID從4到6，每增加1個(gè)單位，雙臂情況的停留時(shí)間增加，但是ID從2.5到4.5之間的停留時(shí)間差異不顯著，隨著ID從4.5到6每增加1個(gè)單位，單臂情況的停留時(shí)間增加，但I(xiàn)D2.5到5之間ID間停留時(shí)間的差異不顯著。單雙臂×ID交互作用的簡(jiǎn)單主效應(yīng)的分析結(jié)果也表明，雙臂情況的停留時(shí)間在ID從5.5～6處比單臂情況更長(zhǎng)，但單雙臂停留時(shí)間的差異在ID值2.5～5處不顯著。

2.3 加速百分比

加速百分比的分析檢測(cè)到單雙臂的主效應(yīng)[F（1，14）=26.28，P＜0.01] 和ID的主效應(yīng)[F（7，98）=71.92，P＜0.01] 。此外，順序×ID交互作用[F（7，98）=3.77，P＜0.01] 顯著（見(jiàn)圖2C）。單臂情況的加速百分比（M=41.121%）高于雙臂情況（M=34.788%）。順序×ID交互作用的簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析結(jié)果表明，不論是升ID順序還是降ID順序，隨著ID增加，加速百分比時(shí)間減少。順序×ID交互作用的簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析結(jié)果還表明，在ID為2.5時(shí)降ID順序的加速百分比大于升ID順序，但是在ID為6時(shí)升ID順序的加速百分比大于降ID順序。然而，在ID為3～5.5時(shí)沒(méi)有檢測(cè)到2個(gè)順序的加速百分比之間的差異。

2.4 協(xié)調(diào)指數(shù)

協(xié)調(diào)指數(shù)的分析檢測(cè)到單雙臂的主效應(yīng)[F（1，14）=19.45，P＜0.01] 、左右臂的主效應(yīng)[F（1，14）=8.64，P＜0.05] 和ID的主效應(yīng)[F（7，98）=113.79，P＜0.01] 。另外，單雙臂×ID交互作用[F（7，98）=4.85，P＜0.01] （見(jiàn)圖2D）是顯著的。左側(cè)手臂的協(xié)調(diào)指數(shù)（M=0.392）高于右側(cè)手臂（M=0.337）。單雙臂×ID交互作用的簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析結(jié)果表明，雙手情況的協(xié)調(diào)指數(shù)隨著ID從2.5～5之間每增加1個(gè)單位會(huì)顯著下降，但I(xiàn)D在4.5～6之間的差異不顯著。然而，對(duì)于單臂情況下的所有ID，每增加1個(gè)單位，協(xié)調(diào)指數(shù)降低。單雙臂×ID交互作用的簡(jiǎn)單主效應(yīng)分析結(jié)果還表明，雙臂情況下的協(xié)調(diào)指數(shù)值在ID處于2.5～5的范圍內(nèi)低于單臂的協(xié)調(diào)指數(shù)，但單雙臂協(xié)調(diào)指數(shù)的差異在ID值處于5.5～6之間時(shí)并不顯著。

2.5 相對(duì)相位

平均相對(duì)相位的分析檢測(cè)到ID的主效應(yīng)[F（7，105）=32.34，P＜0.01] （見(jiàn)圖3）。丹肯新多重范圍測(cè)試結(jié)果表明，ID處于2.5～3范圍內(nèi)的平均相對(duì)相位值顯著高于其他ID，然而在ID處于2.5～3區(qū)間和3.5～5區(qū)間，相鄰ID之間的平均相對(duì)相位差異并不顯著。

圖2 4個(gè)單臂指標(biāo)Figure2 Four Unimanual Results

圖3 不同ID下的平均相對(duì)相位Figure3 Mean Relative Phase as a Function of ID

2.6 相對(duì)相位變率

方差分析結(jié)果顯示，相對(duì)相位變率的任何主效應(yīng)或交互作用都不顯著。

3 討 論

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，無(wú)論是升ID還是降ID順序，還是單臂或雙臂情況，隨著ID增加，手臂的運(yùn)動(dòng)特征逐漸從周期性轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)性，并隨著ID減少而從斷續(xù)性運(yùn)動(dòng)切換到周期性運(yùn)動(dòng)。控制特點(diǎn)中的這種切換，可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)時(shí)間和停留時(shí)間的增加以及加速百分比和協(xié)調(diào)指數(shù)值的減少來(lái)指示（見(jiàn)表1，圖1）。本試驗(yàn)中，單臂和雙臂的整體控制特點(diǎn)，與BUCHANAN等和GUIARD用右側(cè)手臂測(cè)量的研究結(jié)果相一致[7，9-10]。但是，在特定的ID情況下，單臂和雙臂目標(biāo)運(yùn)動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)控制也存在一些差異。

在運(yùn)動(dòng)時(shí)間的數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)顯著的單雙臂效應(yīng)。當(dāng)目標(biāo)寬度在同一個(gè)試驗(yàn)嘗試中被放大或縮小時(shí)，雙臂的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)比單臂目標(biāo)運(yùn)動(dòng)在所有的難度系數(shù)下的運(yùn)動(dòng)時(shí)間更長(zhǎng)。在停留時(shí)間的分析中發(fā)現(xiàn)了顯著的單雙臂×難度系數(shù)的交互作用。單雙臂×難度系數(shù)的簡(jiǎn)單主成分分析結(jié)果說(shuō)明，兩側(cè)手臂在高難度系數(shù)下，雙臂目標(biāo)運(yùn)動(dòng)都比單臂目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的停留時(shí)間長(zhǎng)。以上運(yùn)動(dòng)時(shí)間和停留時(shí)間的結(jié)果表明，雙臂的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)比單臂目標(biāo)運(yùn)動(dòng)需要更多感知覺(jué)信息處理的要求，特別是在高難度系數(shù)的情況下。

在協(xié)調(diào)指數(shù)的分析中發(fā)現(xiàn)了顯著的單雙臂×難度系數(shù)的交互作用。從協(xié)調(diào)指數(shù)的圖中（見(jiàn)圖2D）可以看出，協(xié)調(diào)指數(shù)跨越0.5的區(qū)域在雙臂的情況下發(fā)生在ID4和ID5之間，但是在單臂的情況下發(fā)生在ID3和ID4之間。BUCHANAN等[7]指出，當(dāng)系統(tǒng)增加或減少I(mǎi)D時(shí)，控制策略由周期性向斷續(xù)性轉(zhuǎn)換的協(xié)調(diào)指數(shù)的臨界值為0.5。協(xié)調(diào)指數(shù)的分析結(jié)果說(shuō)明，在雙臂的情況下，手臂周期性和斷續(xù)性控制策略間的轉(zhuǎn)換更容易出現(xiàn)在高ID區(qū)域。這表明，在相同難度系數(shù)下，雙臂情況比單臂情況更需要非連續(xù)性的控制策略。這是由于，雙臂共同做目標(biāo)運(yùn)動(dòng)使受試者占用更多的運(yùn)動(dòng)資源，導(dǎo)致使用非連續(xù)性控制策略的趨勢(shì)更為顯著。

在平均相對(duì)相位的分析中發(fā)現(xiàn)了顯著的ID主效應(yīng)。從平均相對(duì)相位的圖中（見(jiàn)圖3）可以看出，平均相對(duì)相位的耦合程度隨著難度系數(shù)的增加不斷增強(qiáng)（值變小）。在相對(duì)相位的變率分析中，任何主效應(yīng)和交互作用都不顯著。這表明，增加難度系數(shù)雖然使雙臂的耦合變得更緊密，但是并沒(méi)有使雙臂的協(xié)調(diào)變的更加穩(wěn)定。

4 結(jié)論

（1）無(wú)論是升ID還是降ID順序，還是單臂或雙臂情況，隨著ID增加，手臂的運(yùn)動(dòng)特征逐漸從周期性轉(zhuǎn)變?yōu)閿嗬m(xù)性，并隨著ID減少而從非連續(xù)性運(yùn)動(dòng)切換到周期性運(yùn)動(dòng)。（2）雙臂的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)比單臂目標(biāo)運(yùn)動(dòng)需要更多感知覺(jué)信息處理的要求，特別是在高難度系數(shù)的情況下。（3）在相同難度系數(shù)下，雙臂情況比單臂情況更需要非連續(xù)性的控制策略。這是由于雙臂共同做目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，使受試者占用更多的運(yùn)動(dòng)資源，導(dǎo)致使非連續(xù)性控制策略的趨勢(shì)更為顯著。（4）增加難度系數(shù)（目標(biāo)變小）雖然使雙臂的耦合變得更緊密，但是并沒(méi)有使雙臂的協(xié)調(diào)變的更加穩(wěn)定。