動作控制與學習的理論中「閉鎖環理論 」(closed-loop theory) (Adams, 1971)
與「基模理論」 (schema theory) (Schmidt, 1975) 基於記憶的觀點,在回饋對於
動作的執行與學習方面有不同的看法,分述如下:
閉鎖環理論為源自於對慢速線性移動工作解釋的動作學習理論,在連續性的
慢速動作對於動作的控制過程以同時產生的內在回饋作為動作產生的依據,於執
行中尚未完成動作前,以閉鎖環回饋訊息產生主觀增強的回饋引導動作表現的觀
點解釋動作的控制機制。動作執行者依賴周邊感官的輸入訊息 (afferent
information) 提供回饋,繼而了解動作執行的過程與結果,動作執行者以動作產 生的回饋訊息與預期目標的差異作為參照修正動作,直到回饋訊息與預期動作結
果相符合時以完成執行預期的動作表現,閉鎖環理論假定動作執行過程中涉及二
種記憶狀態:記憶痕跡 (memory trace) 與知覺痕跡 (perceptual trace),其中記憶
痕跡係為啟動動作的記憶,而後續動作的執行與完成則依賴知覺痕跡的動作引導
功能完成動作。
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在動作學習方面,閉鎖環理論認為透過正確動作的執行產生的回饋知覺結果
累積而造成動作學習 (Adams, 1971; Schmidt & White, 1972)。動作執行過程產生
內在回饋刺激會在中樞神經系統留下累積而形成知覺痕跡,經由反覆練習學習者
會在回饋訊息的引導下,動作表現會越來越接近動作目標,透過閉鎖環理論的知
覺痕跡假設性的構念解釋正確動作產生在記憶系統造成的記憶痕跡,形成正確動
作的記憶,繼而對動作的正確參照 (reference of correctiveness) 產生修正 與正確
動作執行而產生學習 (顧毓群,1989),因此閉鎖環理論認為回饋無法直接造成
動作學習,而是透過回饋引導動作表現與修正,每次的試作練習過程的累積將會
造成的回饋訊息與知覺痕跡差異的最小化,而強化知覺痕跡造成學習 (Adams &
Goetz, 1973; Schmidt & Wrisberg, 1973)。在練習的初期動作表現會有較高的誤差,
而透過練習產生回饋的引導而動作繼而逐漸趨近正確表現,閉鎖環理論認為正確
的動作表現會強化知覺痕跡,且消除不正確動作的知覺痕跡。基於內在回饋對於
動作記憶影響的觀點,閉鎖環理論強調不正確動作產生的回饋訊息對動作學習會
造成負面的效果,而無法建立正確的知覺痕跡,因此對於練習過程中不正確的動
作表現的誤差,閉鎖環理論抱持其對於動作學習的效益的負面看法,因此對於練
習過程的表現對於動作學習的影響,該理論以堆疊累積的觀點解釋,並預測若是
練習過程中若產生較多的正確動作,而正確動作產生的回饋訊息,則會累積成記
憶而有造成動作學習。在已習得正確的動作知覺痕跡後即便沒有回饋訊息的獲得,
學習者亦能成功展現動作;對於動作表現的變異方面,若動作表現的變異高則不
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利於正確知覺痕跡的建立,而最終導致降低動作學習的效果,因此閉鎖環理論強
調練習過程回饋的引導使學習者的動作表現準確而一致,為有利於動作學習的方
式。閉鎖環回饋系統的前提為動作本身必須是執行時間需足以產生回饋訊息供動
作者當下動作執行的參考及後續修正採用,因此閉鎖環理論對動作控制與學習僅
侷限於慢速動作,不過,閉鎖環回饋系統強調對於回饋訊息須有充分時間使用內
在回饋訊息,以產生後續動作反應與修正的看法,顯示出閉鎖環理論涉及內在回
饋在動作控制與學習訊息處理的作用,然而對此 Schmidt (1975) 指出,閉鎖環理
論對於動作學習的解釋上,強調透過內在回饋訊息與主觀的正確參照表徵比提升
動作表現進而造成學習的觀點,在錯誤偵查部分無法提供據說服力的解釋,由於
正確參照本身為主觀的內在表徵,在閉鎖環回饋的動作修正機制上流於主觀正確
動作的認知,主觀認知上正確動作的不盡然與實際動作表現的目標一致,透過內
在回饋訊息而修正的動作表現將最後將與主觀認為的正確動作吻合,而形成錯誤
偵查結果為零的結果,因此若據之作為內在回饋比對的參考並無法產生有效的正
確動作表現引導,而在實際上產生具有誤差的動作表現的現象並不支持閉鎖環理
論的動作學習觀點。
儘管在學習上的解釋不周延,閉鎖環理論的提出為動作學習理論邁出第一步,
在回饋的作用上建立理論基礎,但 Schmidt (1975) 指出該理論仍有在動作學習解
釋上不足之處,其中包含該理論僅限於對慢速動作的解釋,以及過度依賴週邊回
饋回傳的回饋訊息做動作修正,對於中樞控制的論述缺乏開放環回饋解釋的空間,
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另外就知覺痕跡用以產生動作的功能上則在錯誤偵查上無法解釋,以及在動作類
化、新動作執行與對於變異練習的動作學習效果等方面無法獲得實證的支持。
基模理論基於閉鎖環理論對於動作控制與學習解釋上的不足,借助部分閉鎖
環理論的優點,並去除缺失的部分,受到 Lashley (1917) 針對下肢缺乏周邊感覺
知覺輸入 (deafferent) 的對象在沒有視覺回饋的情況下,仍能表現定位動作的發
現,強調中樞指令對於動作表現的作用觀點影響,提出針對快速的間斷工作以類
化動作程式 (generalized motor program,簡稱 GMP) 的 top-down 階層觀點解釋
動作行為,特點在於一個動作程式透過改變參數的支援即可適用多樣的類似動作,
可以控制多個相似的動作,而解釋動作儲存的問題;對於新動作的產生不必具有
相同的動作經驗,只需以過去類似的經驗對類化動作程式作參數化的修正即可以
產生,在快速動作的執行上回饋的產生與對動作產生的回饋訊息處理慢於動作執
行的情況下,基模理論認為動作產生不必然需要回饋的訊息,僅需要依據動作的
記憶表徵發出動作指令產生動作,個體仍可產生動作執行,對此基模理論主張動
作已經在回饋獲得前先行預先計畫完成,以動作程式的方式送出指令供受動器作
用 (Sherwood & Lee, 2003),動作程式透過相同的動作規則作為依據,解釋新動
作產生的問題,依據類化動作程式的二個觀點,不變的特徵 (invariant features)
及可變的參數 (varied parameters),不變的特徵指的是相對時宜 (relative timing)、
相對力量 (relative force)、與動作順序 (order of events),不變的參數為全部時間
(overall duration)、全部力量 (overall force)、與肌肉選擇 (muscle selection)。
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基模理論對於動作的啟動與評估提出回憶基模 (recall schema) 及確認基模
(recognition schema) 二種動作表徵的概念,其中回憶基模專司動作產生的功能,
回憶基模包含動作程式及動作參數視為在快速動作執行前透過記憶已經預先計
劃完成的動作指令,做為動作產生的依據,並不涉及周邊回饋訊息做為啟動動作
之用,而確認基模則於動作執行完畢後,透過感官傳回中樞的回饋訊息對於動作
產生的誤差透過與由過去經驗獲得的正確參照表徵比對而對於甫完成的動作表
現進行評估以察覺錯誤,以供後續試作的修正參考。基模理論為一認知取向的動
作行為理論,基模的概念為一種抽象的記憶表徵,係透過經驗而習得的規則
(Bartlett, 1932),因此基模理論強調練習與經驗對於學習的重要性,類化動作程 式的觀點對於動作行為的解釋上為,個體產生特定動作前透過記憶選擇適當的
GMP 並依據動作的要求加入參數 (parameters),使動作控制得宜。在動作學習上,
基於參數化的觀點,動作執行的過程涉及四種缺一不可的短期記憶,對於動作學
習具有關鍵的影響:(1) 初始狀態 (initial condition),(2) 加入 GMP 的參數,(3)
關於動作結果的擴增性回饋、與 (4) 動作後的感覺 (sensory consequences of the
movement)。就訊息處理 (information processing) (Marteniuk, 1976) 的觀點來看,
在不同的條件或是工作要求下,個體透過感官知覺了解快速動作執行啟動的初始
狀態為刺激辨認 (stimulus identification),而透過過去的經驗與記憶個體決定不
同的 GMP 的使用,與依據工作目標加入不同的動作執行參數則為反應選擇
(response selection) 與反應編序 (response programming) 的階段,選擇適合的動
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作程式而產生動作反應,繼之建立預期動作結果與參數的關係,而於動作執行後
個體將依據動作後產生的感覺產生回饋訊息,依據實際動作結果或是擴增性回饋
提供的訊息建立內在回饋訊息與實際動作結果的連結,再透過確認基模依據比對
預期表現與實際表現結果差異,繼而對加入的參數進行修正調整正確參照的記憶,
形成與目標行為更為適配的動作參數,而因產生回憶基模的學習,而提升後續動
作表現的水準,因此基模理論視練習過程產生的動作誤差為有利於動作學習的因
子,因誤差可透過確認基模的錯誤偵查機制使學習者獲得更多樣化的參數修正機
會,而產生更為穩定且廣度較高的基模 (Magill, 2011; Yan, Thomas, & Thomas,
1998),過去透過情境干擾的實證研究支持上述的看法 (張智惠、卓俊伶,1998;
Shea & Morgan, 1979)。基模理論對於快速動作控制的回饋觀點主要建立在動作 程式預先計劃的觀點與動作完成後的開放環回饋,每次練習試作後具有透過確認
基模依據心智表徵 (mental representation) 的記憶對動作表現進行估計,並可據
之作為後續試作的動作修正或調整,因此對於動作誤差的看法在動作學習上為正
面因素。快速間斷動作執行當下並無回饋訊息供參照亦無法因應環境中的改變,
但透過上次動作表現產生的回饋作為下次動作產生的參考訊息,以開放環回饋的
觀點解釋動作表現與學習跨越不同試作的動作修正及對動作學習的作用。因此,
觀點解釋動作表現與學習跨越不同試作的動作修正及對動作學習的作用。因此,