运动决策情境中认知加工理论模型的初步构建

王洪彪

运动决策情境中认知加工理论模型的初步构建

王洪彪

(沈阳体育学院体育社会科学研究中心,辽宁沈阳110102)

运动决策研究在国内外已经成为运动心理学中一个成熟的研究领域。特别是最近几年,从生态心理学与进化心理学视角对运动决策研究越来越多。从探讨运动决策的实质出发,在认知心理学视角下,探索了运动决策认知成分功能改变的过程与结构,构建了认知加工理论模型。认为:运动专家之所以在运动决策中优于一般运动员,其认知功能改变的实质是他们习得了优异的视觉搜索策略与更加熟练的掌握工作记忆的容量与组化能力,最终表现为认知功能的可塑性与决策进化的适应性。未来的研究应探索选择性注意与工作记忆的相互关系,为专长训练提供理论支持与实践指导。

运动决策;认知加工;生态心理学;进化心理学

自认知运动心理学诞生以来,运动情境的决策研究一直是运动认知的核心和重要部分,参考认知心理学理论与观点,运动决策的实质其实等同于运动情境中的问题解决。与传统认知心理学中的问题解决的一个重要区别是,运动情境中的问题解决更加强调时间的紧迫性与环境的协调性。认知心理学中的双加工理论认为,人们拥有两个信息加工系统,系统1进行的是直觉的、粗略的、自动的信息加工;系统2进行的是分析的、仔细的、控制的信息加工[1]。由运动情境问题解决的特点可知,运动情境中的决策更倾向于系统1的加工模式,由此,直觉决策成为运动情境决策中的主要决策形式,快速性、或然性和直接性成为运动直觉决策的3个最基本的特征[2],相应的运动决策领域也为研究直觉决策与运动信息的或然性加工提供一个平台。运动认知中的信息加工过程在不断地引起心理学家们的研究兴趣,按照信息加工的链条,海量的研究探索了感觉、知觉、注意、记忆、思维、问题解决等等在运动情境中的特征与实质。但是,长久以来,受认知心理学中的信息加工理论的桎梏,并没有一个较为合适的理论来对运动决策情境中的信息加工的独特性进行解释。已有的理论并不能很好地为运动决策情境中的信息加工提供更有价值的洞见。生态心理学与进化心理学作为认知心理学之后的主流理论流派,我们是否能够借鉴两者的理论来对运动决策情境中的信息加工特征进行完善与构建呢?

1 运动决策情景中信息加工的解释

双系统加工理论对运动决策情境中信息加工做出了一种解释,即运动决策倾向于或然性直觉加工。除此之外,认知心理学对于信息加工的理论还存在着两大争议,即信息输入的通道之争,信息输入之后对信息的加工是先后顺序进行的还是即时同时进行的。这就是信息并行加工与串行加工的争议。具体体现在运动决策领域中则存在直觉决策加工与分析决策加工的争议。直觉决策信息加工更接近分布式并行加工,而分析加工更近似于串行加工。

分布式并行加工对大脑输入的运动信息进行的是并行计算,其优点首先是运动决策的强适应性:在运动信息或线索严重不足的情况下,其分布式并行计算也能够为决策提供依据;其次是运动决策的可进化性:对运动情境的适应及新异信息的加工是进化的结果。最后是运动决策弹性较大:如果存在阻碍运动决策加工的线索,分布式并行加工中的众多运动线索会使决策参考绕过障碍而为运动决策提供支持。

当然,分布式并行加工在运动决策中成为决策中的主要形式,尽管有很多优点,但是缺点同样明显,具体体现为:首先是决策的非最优性,缺少集全控制,周围运动线索同时利用过多,会产生干扰和冗余,而影响决策的准确性;其次为决策的不可预测性,如果运动信息“涌现”,则会造成运动决策系统的瘫痪。最后为不可控制性,分布式并行加工的信息越庞杂,越增加运动决策的不可控制性。

在运动决策情境中信息加工的串行计算与分布式并行计算正相反,其优缺点互换。尽管决策的准确性高、结果预测性强、可控制性增加,但是与运动决策中最独特性特征——时间紧迫性与环境协调性——相违背,速度与准确性权衡,只有追求速度,运动决策的执行效果才会体现出来;在运动环境快速变化面前,“正确”将被“生存能力”所取代。

2 运动决策情景中信息加工的特征

2.1 生态心理学视角

产生于20世纪90年代的生态心理学不仅已经成为心理学研究中的一个成熟的研究范式,而且越来越趋向于复苏完型心理学。生态心理学理论中两个突出的特征是整体性和现场性。整体性强调个体、环境与任务的协调统一,生态心理学力主心理学研究的重点应该从个体的行为和认知过渡到考察个体和环境、任务之间的相互关系。在这里分为两个面向,一个面向是把环境视为研究的背景而把个体或任务视作研究对象;另一个面向是把环境、个体和任务的交互关系视为研究对象。现场性是针对行为主义心理学和认知心理学趋向于实验室研究的弊端,生态心理学重视和强调对心理的研究应该由实验室行为或认知转向现实情境。生态心理学家反对在认知研究中实验室中人为对认知加以限制与操控,这种实验室式的对认知的分解使我们应该重新评估整体与部分的关系。运动心理学在研究运动行为与运动认知的过程中,忽略了生态心理学所强调的两个特征,尽管不乏有研究者对运动认知的实验室研究范式提出质疑,尽管不乏有研究者对忽略运动认知研究中的环境因素提出批评,但这些在运动情境中的认知加工理论中并没有得到充分的重视。运动认知决策情景中信息加工的核心特征就是现场性和整体性,运动现场即临场的认知加工,运动整体性即运动环境、运动个体和运动任务的交互作用的关系。运动认知理论中信息加工的过程在遵循认知加工的链条的同时,要考虑生态的作用。有相当多的研究表明,运动情境中的信息加工受压力、焦虑等情绪因素的影响[3],而在实验室对运动认知的实证研究恰恰屏蔽了生态现场性。如何考虑或如何把环境情境影响因素计算到认知加工理论模型中呢?环境因素影响运动情境决策的认知加工主要体现在选择性注意与工作记忆及其二者关系上,二者及其关系在认知心理学理论中由丹尼尔.卡尼曼(1974)提出的资源有限理论对其进行阐释与说明,我们可以考虑把环境情境产生的“choking”因素折算成信息单位,参考“双重任务”范式,考察个体的信息加工过程。生态效度正越来越受到运动心理学家的重视,未来实验模拟中决策与运动情境中决策的匹配度会成为衡量好的运动认知加工理论模型优劣的一个重要指标。

2.2 进化心理学视角

进化心理学最早可追溯到1859年《物种起源》的出版。在这本书的末尾,达尔文对心理学的未来提出了自己的洞见,在进化论的恩泽之下,心理学将迎来了一个全新的时代。进化心理学基本理论包括:①心理机制是在解决问题的过程中演化形成的;②心理机制具有模块性;③人的行为表现是心理机制和环境相互作用的结果[4]。心理机制在演化过程中把约束(constraint)与可塑性(plasticity)视为解决问题的关键因素。人类认知过程中很多自动化的反映倾向和容易出错的反应机制,都可以用进化论观点来解释[5],在大多数运动决策情境下,已有研究表明高水平运动员大脑经过运动塑造,在专业环境中的适应性反应绩效远远高于一般水平运动员。这需要运动员突破既有的运动约束,尽管这些定式在运动认知解决问题过程中可能能够迅速与节省地解决特定情境中的运动问题,但是受到认知定式的影响,遇到运动情境的中新颖情境,则会反应出适应不良;但是在运动情境决策中很多高水平运动员却可以很顺畅地解决新颖复杂运动情境下的难题,这就是大脑认知进化及其可塑性的影响,使得运动员逐步整合经验领域中的认知模块,突破既有的运动规则与定式的约束,开发出新的认知功能与反应程序,从而提高运动决策水平。显而易见的是,网球运动情境中的决策比田径等封闭式运动项目更有利于运动员运动决策中适应性的进化。运动决策情境下的问题解决应该借鉴进化心理学中的模块论,强调心理机制与环境的相互作用是进化而来的心理机能,表现在大脑结构中不同部位功能的进化,相应的如语言认知模块、运动认知模块等等。

在对运动情境信息加工过程的理论解释中,认知资源有限理论与图式理论一直以来占有重要地位,认知资源有限理论认为运动决策过程会消耗认知资源,而个体的认知资源是有限的,当消耗的整体认知资源超过了总的认知资源,其决策效率就会下降。在运动决策情境中,认知资源有限理论遇到的一个难以解释的问题是如何区分消耗的资源是运动个体造成的、运动环境造成的还是运动任务造成的。实验室研究分离出来的多是运动任务或运动个体消耗的认知资源,而运动决策研究长久忽略了运动环境这一因素。重视三者之间交互作用的生态心理学正是强调了这一点,运动环境或运动情景可测性计算依赖大脑区域建模和模拟,对这些模拟进行测试,然后将得到的数据与真实运动情境决策中的数据进行比较,当然整个过程要保持运动个体与运动任务的稳定。认知图式理论将图式看作是一种认知结构,在问题解决过程中通过图式搜索可以将情境问题迅速归类整理。图式理论对于运动情境决策中的常规刺激信息的加工能够做出合理的解释,但是在运动情境中经常出现新异的刺激线索,大脑并没有保存相类似的图式模式,那为什么优秀运动员能够更好地解决类似的问题呢?到目前为止,只有进化心理学对此做出了合理的说明。图式理论认为归类是一种自动化的认知加工过程,每个特定的大脑区域中都可以发现很多高度重复的认知图式,所以没有必要捕捉运动线索的每个细节,从而也就不需要大脑意识控制和认知资源消耗,可见,这一过程的信息处理是自动化加工的过程。在运动情境决策中“运动图式一旦被激活,就能引导运动员以特定方式搜索问题空间,进而做出合理的回应[6]。

3 运动决策情景中信息加工理论模型的初步构建

3.1 进化心理学视野下的分布式加工

棒球的外场手是怎样在迅速移动中接住快速飞行中的棒球的?他所能看到的运动线索信息只是球飞行位置的轨迹,要真正推断球在三维空间的飞行路径,需要解复杂的微分方程组,还需要解附加的方程来预测球的未来方向,以及解更多的方程来将结果转化为球员自己的运动。显然,在这么短的时间内,他并没有有意识地去解方程,但是他的大脑在这一瞬间是如何综合运动情境的信息而做出决策的呢?在足球运动中有很多匪夷所思的射门得分的动作,但是这些非常规的动作并不是日常训练的科目,突然出现的情境要求快速做出反应,这样的信息加工是如何进行的呢?应用空间遮蔽研究范式对视觉搜索的研究表明,面对不完整的信息,优秀运动员仍然能够做出合理的运动决策,在这一过程中,尽管大脑输入的是不完整的信息,但仍旧能够提取客体的关键特征,特征提取(features retrieval)是借助视觉表象加工条件下对图形被遮挡部分进行恢复性的一种完形加工过程[7]。而且这种提取关键特征信息进行加工的优势表现如此明显,近期越来越多的运动心理学家开始关注运动经验对大脑皮层的认知可塑性的影响。人类大脑的大规模分布式并行加工机制是其运动情境决策的关键,大脑不是一个单一的信息处理机构,而是一个复杂的集合,由数百个专门区域交织在一起,其运动区域也存在功能补偿,这种功能性补偿与可塑性是负责运动信息加工特殊脑区进化适应的结果。

3.2 任务、环境与个体——心理与生理限制下的信息加工理论

描述了运动专家与非专家在运动决策情境中差异的特征与所存在差异的理论解释,更使感兴趣的一个问题是,运动专家如何获得了这种认知专长?他们通过什么样的学习与训练突破了认知专长的限制呢?运动心理学家研究的目标是确定运动决策专长发展过程中什么认知过程引起了功能的改变,一旦专家和新手的差异确定,任务就变成了理解他们认知专长发展背后的认知机制,以往对于这种差异已经有了非常多的研究,运动专家的技战术知识的层级结构、组织形式更为复杂,他们更多地以深层原理而不是运动情境的表面特征来做出运动决策,经常使用自动化加工,他们的知觉预测的过程和策略与新手相比也有差异。

在竞技运动领域,技战术知识的数量仅是成为运动专家的一个充分条件;是否具备符合该运动特征的有组织知识却是成为运动专家的决定性因素,如羽毛球专家的技战术知识是按照球路来组织的,棋牌类专家的知识中蕴涵大量知觉模式,他们共同的特征是其知识具有等级性结构。陈述性知识在专长中所起的作用,在于专家能根据需要提取不同知识,运用知识来进行其它认知活动,并使这些知识程序化,同时与其他能力一起来制约专长表现。从认知心理学角度与信息加工过程出发,运动情境决策中的认知成分的获得主要源于某些认知过程中认知功能的改变,到底是哪些认知过程的功能得到了改进呢?根据Schmidt的动作控制的开环理论——相对于闭环控制理论,开环控制理论主要用来解释快速动作行为,运动决策项目通常要求在极其有限的时间与空间条件下做出运动决策,因此这样的运动几乎都是快速动作,根本没有时间来进行反馈调节,因此本理论模型参照了开环控制理论[8]提出了运动决策认知加工理论模型(图1)。

图1 运动决策情境中认知加工理论模型注:参考Richard.A.Schmidt,PhD and Craig.A.Wrisberg,PhD《Motor Learning and Performance》[15]

在运动情境的快速决策中,运动员处于特定的运动场景之中,在对运动场景信息加工过程中首先要对输入的动作信息进行辨别,然后根据所识取的关键动作特征信息进行反应选择,此一阶段的信息加工过程实质上是认知加工中的注意阶段;反应选择之后要进行应答编程了,通过注意到的关键信息或前行线索,大脑开始对这些信息进行加工,加工的过程就是在为应答编程做准备。能够被编程的远不止是动作,焦虑、自信、沮丧还有愤怒等情绪因素都可以作为模块添加到人类信息加工的操作系统中。对运动场景信息与大脑中先前所记忆的动作信息进行比较加工这一过程实质上是一个记忆的过程。在这一过程中,记忆通过不断地提取与刷新大脑中的知觉模式与运动图式,直至找到合适于处理此时此刻运动场景信息的最佳模式,才进行动作编程。之后进入到效应器阶段,即生理限制阶段。在生理限制阶段,动作的加工速度主要取决于动作技术的熟练程度与神经肌肉的协调配合程度,而非像执行器阶段即心理限制阶段,取决于大脑中的动作知识的容量、结构与图式。

对动作知识或技战术知识进行提取与加工主要涉及到认知中的注意与记忆过程。在注意过程中,选择性注意起着主要的信息过滤作用,在运动情境中,往往同时有多种刺激作用于人的感官,然而在特定的运动情境下,在时间紧迫情况下运动员只能加工处理数量有限的运动刺激。这种从外界环境中选择特定的信息进行加工,同时忽视其他信息的认知过程就是选择性注意[9],选择性注意能够保证运动员能在有限的时间内将有限的认知资源用于对运动员具有重要价值的运动刺激或运动任务的加工上。针对这种选择性注意的过滤机制,运动心理学家的研究主要集中在所注意的运动信息如何被运动员所激活的问题上,实际上,选择性注意同时包括兴奋机制与抑制机制,就像许多研究者将空间选择注意比喻为聚光灯一样,被运动员所注意到的运动目标信息像被探照灯照到一样其特征提取得到加强。然而,大量研究证据表明,在运动情境下,视觉注意过程能够自觉激发运动员的心理和行为反应,如果对这些运动认知过程不进行过滤性选择,就会导致运动行为决策的混乱与无序,使运动员做出一些与当前运动任务目标无关的运动行为,从而做出错误的运动决策,如在各种球类运动中对假动作做出的反应。对运动情景中所选择的注意信息的激活主要通过特定的视觉搜索策略来完成。视觉搜索是指个体将视觉注意指向环境相关信息的过程,可以使操作者明确如何在特定情境中准备和操作技能[10]。运动心理学家开始关注视觉搜索行为在运动技能中的作用,是源于恰当线索信息的利用和搜索策略,可以为运动员在运动中赢得时间,进而赢得比赛。在运动决策情境中,视觉搜索存在于两个方面:一是根据完成某种动作所需要的信息来进行信息搜索;二是根据视觉搜索获得的信息来选择适当的动作。而专家级运动员在注意阶段认知专长获得的实质就是习得了最佳的视觉搜索策略。有关选择性注意的研究,Pashler指出,影响选择性注意的最重要的两个问题,一是有哪些因素影响运动注意选择的有效性?二是被视觉选择性注意所忽视的运动信息会得到什么样的加工?[11]有关第二个问题,在运动心理学研究中还很少涉及,但对选择性注意有效性的影响因素则在运动领域中得到了较多的研究,如运动刺激是立体还是平面特征维度、运动关联刺激与非关联刺激的特征维度等。选择性注意与很多认知活动成分相关,同时也受其他认知结构的影响,特别是受到工作记忆的影响[12];在时间、空间都极为紧迫的运动情境中,运动员要根据场上的即时情况做出运动决策,其实是对以前的动作领域的知识提取加工的过程,但是工作记忆这种认知结构是如何影响运动决策的速度与准确性呢?包括两个方面:一是工作记忆的广度,即工作记忆的容量。Miller在1956年首次提出了工作记忆容量问题,他研究得出工作记忆容量限制就是5～9个单位项目[13]。而有关于动作技能工作记忆容量的限制则没有太多的报告;有研究认为,在手臂定位运动中其动作记忆工作记忆容量的上限是8个动作[14]。但是对“单位项目”的理解不同,很难得出一致的研究结论。这就涉及到第二个方面,即工作记忆的组化。工作记忆容量大不见得提取加工的速度就快,其只是个充分而非必要的条件,如果工作记忆组化能力差,对运动决策的速度和准确性可能造成损害。组化能力涉及到知识与知识之间的逻辑关系的理解与匹配能力;也包括对程序性知识与陈述性知识的相互转化的能力。这也就是为什么习得了同样技战术知识,而在解决运动场景问题时会有所不同表现的原因之一。只要是新颖的运动刺激,即使是无关信息,也能进入到运动员的信息加工中枢从而干扰相关刺激信息的加工。但是如果运动激活的无关信息保持不变,个体就会通过习惯化,使处于注意中心的、与目标相关的信息加工过程免受干扰。这可以说明为什么优秀的运动专家很少被对手的假动作所干扰。

图1中的选择性注意与工作记忆之间的双向箭头表示:选择性注意与工作记忆是一种相互作用的关系;人们己经发现选择性注意在工作记忆的多个环节中发挥着重要作用。但是两者的关系在认知运动心理学的研究中几乎没有涉及到。可能有两个原因,一是运动心理学家们还没有意识到两者关系的价值。二是运动场景比较难以把握,因为对视觉搜索与工作记忆的研究几乎都要应用认知神经科学的仪器与设备。在运动决策情境中信息加工理论模型的执行器阶段,即突破心理限制的分布式并行信息加工阶段,主要体现是运动任务与运动环境的相互作用,对新异运动信息的加工处理体现了适应性进化的心理机制。运动信息加工所产生的认知可塑性也主要发生在这一阶段。对心理限制这一阶段的研究想要把刺激信息加工的三阶段分离开来,比如分离为知觉预测、视觉搜索、模式识别等,从分布式并行加工我们知道,大脑作为一个网络模块性结构与功能分区性结构,并没有一个优先加工某种信息的中枢机构,因此想要按照串行加工的方式,分离出清晰的信息加工的时间节点是较难做到的。选择性注意与工作记忆由不同脑区负责,很难区分谁优先加工。但当不同的行为模块或认知模块之间或多个同时出现的刺激之间出现冲突的时候,就有某种模块被激活以做出决策。比如,你正在厨房里,两手弄得很脏,这时候电话响了,同时外面又有人敲门。在这种情况下,那些相互冲突的冲动——赶快去接电话!不,先擦干净手!不,先冲到门口去!——就可能使你手足无措,除非这时有另外一个后天习得的行为模块进行仲裁,也许就是这个模块让你喊出一声:“请等一下。”运动决策过程中的仲裁模块是后天习得的运动常识与经验,运动信息网络的模块化加工能够保障避免短路或手足无措的情况出现,在执行器加工阶段,箭头指示表明信息流动的过程,整个过程中信息的加工是分布式并行的。

在效应器阶段,即突破生理限制的串行信息加工阶段,主要体现的是运动任务与运动个体的相互作用。从大脑发出的动作程序到达脊髓运动神经中枢以后,决策的效率主要依靠运动个体的生理因素,在这一串行加工过程中,运动信息流脱离了高级认知加工阶段,主要局限于神经生理传导速度与肌肉动作速度。

4 结束语

相信在目前理论心理学背景下,在生态心理学与进化心理学视域下的分布式并行加工理论模型(又称为神经网络模型)能够解释运动决策情境中的信息加工的特征与实质[16]。毫无疑问,大脑在整体上对信息流的加工是大规模分布式并行的,大多数的运动神经元都在同一时间启动,这使得数以亿次的计算同步进行,随着运动信息流时间分辨率的逐步提高(ERP时间分辨率可以达到1毫秒),可以记录每个运动神经元的放电过程;而随着空间分辨率的提高(fMRI空间分辨率可以达到1毫米),可以形象地定位或描绘单个的运动神经元。运动决策的认知加工研究现在已经逐步深入到认知神经科学,对运动信息流动的解释已经不仅仅局限于传统信息加工理论,同时向着神经科学的方向不断进化。未来的研究其一是通过实证研究检验此模型的解释度,其二是通过理论研究向应用研究过度,探讨运动决策专长获得的限制性因素,为运动决策专长训练提供理论与实践支持。

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Initial Construction of Cognitive Processing Models in the Sport Decision-making Situations

WANG Hongbiao
(Research Center of Sport Social Science,Shenyang Sport University,Shenyang 110102,Liaoning,China)

Sport decision-making has become a mature field of study in sport psychology.Especially in recent years,more and more studies from the perspective of ecological psychology and evolutionary psychology were done in sport decisionmaking.In this study,we explored the nature sport decision-making of cognitive psychology perspective,and explored the cognitive component function changes in sport decision-making process and structure,and structured a theoretical model of cognitive processing.The results showed that the reasons why sports experts in the decision-making of the campaign better than the general athletes are their cognitive function essence acquisition of the superior visual search strategies and a more skilled master of working memory capabilities,and ultimately manifested as cognitive functional plasticity and evolution of adaptive decision-making.The relationship between working memory and selective attention should be explored in the future,and provide theoretical support for the expertise in training and practice guidance.

sport decision-making;cognitive processing;ecological psychology;evolutionary psychology

G804.8

A

1004-0560(2013)03-0028-05

2013-01-15;

2013-04-10

2011年度教育部人文社会科学研究一般项目(青年基金项目),项目编号:11YJCZH165。

王洪彪(1976-),男,副教授,博士,主要研究方向为运动心理学与体育社会学。

责任编辑:刘红霞