引言
Introduction

第一期：哪些受控制？
Issue 1: What is Controlled?

• 横纹肌（640块）
  Striated muscles (n=640)
• 肌腱
  Tendons
• 骨骼
  Bones
• 关节
  Joints
• 软组织
  Soft tissue
• ＋平滑肌
  + Smooth muscles
• ＋腺体
  + Glands

自主运动和不自主运动的差别：
Distinction Between Voluntary and Involuntary Movements:

• 反射
  Reflexes
• 举例：膝反射（牵张反射）
  Example: patellar reflex (myotatic reflex)
• 膝反射是自主反射吗？
  Is a knee jerk not voluntary?
• 反射调控
  Modulation of reflexes
• 晏德腊西克氏手法
  Jendrassik maneuver
• 反射抑制
  Suppression of reflexes

外部表现
External:

• 视觉
  Visual
• 听觉
  Auditory

第二期：用于神经系统的提示线索
Issue 2: Cues Used by the Nervous System

• 反射
  Reflexes
• 举例：膝反射（牵张反射）
  Example: patellar reflex (myotatic reflex)
• 膝反射是自主反射吗？
  Is a knee jerk not voluntary?
• 反射调控
  Modulation of reflexes
• 晏德腊西克氏手法
  Jendrassik maneuver
• 反射抑制
  Suppression of reflexes

外部表现:
External:

• 视觉
  Visual
• 听觉
  Auditory
• 触压觉
  .Touch/Pressure
• 痛觉
  Pain
• 重力感觉
  Gravity
• 受体
  Receptors
• 嗅觉
  Olfactory

内部表现：
Internal:

• 本体感受器
  Proprioreceptors
• 肌肉、腱、系带和韧带内的感受器
  Receptors in muscles, tendons, fascia and ligaments
• 获得性触发
  Learned triggers
• 刺激 反应
  S R
• 非条件化刺激 非条件化反应
  UCS UCR
• (内在刺激 + 非条件化刺激)n 内在刺激 内在反应
  (Si + UCS)n Si Ri
• 意图
  Intention
• 认知控制
  Cognitive Control

第三期：控制运动的神经系统的提示信息
Issue 3: Cues Used by the Nervous System to Control Movements

• 感觉运动、记忆术和认知
  Sensorimotor, mnemonic, and cognitive
• 语言系统的举例
  Example of the language system

第四期：分析层次
Issue 4: Levels of Analysis

层次I：
Level I:

• 情感／认知
  Emotion/Cognition
• 书写运动系统
  Grapho-Motor System
• 语言运动系统
  Motor-Speech System
• 听觉系统
  Auditory System
• 视觉系统
  Visual System
• 写说听读
  Writing Speaking Hearing Reading
• 公式表述
  Formulation

语言系统：
Language System:

• 工作
  Working
• 记忆
  Memory
• 理解
  Comprehension
• 运动控制的连续模型
  Serial model of motor control
• 运动控制的连续模型所需的计算
  Computations required by serial model of motor control
• 前馈／反馈控制
  Feed-forward / feedback control

第五期：计算什么和如何计算？
Issue 5: What is Computed and How?

运动控制的连续模型：
Serial Model of Motor Control:

• 定义
  Definitions

运动学：
Kinematics:

• 位置的改变，比如，肢体随时间进行位置改变可以用关节角度的时间依赖性变化来定义。
  Change in position, for example, of limb over time. Could specify in terms of timedependent changes in joint angle.

动力学：
Dynamics:

• 运动相关力的形式——关节力矩
  Patterns of forces associated with the movements – joint torques.
• 假设你看见并确定了一个物体和身体之间的相对位置，要拿到它，就需要计算：
  Assume you visually specify object position with respect to the body. To reach it, is then necessary to compute:
  • 反向运动学：计算手指接触物体时的关节角度
    Inverse kinematics: Compute the joint angle to get the finger to the target.
  • 反向动力学：假定已知靶物体的位置和运动学后，计算将手臂伸到物体所需的力量
    Inverse dynamics: Given desired target position and kinematics, compute the forces needed to get the arm there.
• 运动控制连续模型所需的计算
  Computations required by serial model of motor control
• 前馈／反馈控制
  Feed-forward / feedback control
• 举例：伸手拿某物体
  E.g. touch X
• 头部眼球运动
  Eye in head
• 头部和躯体间的相互运动
  Head on trunk
• 手臂和躯体间的相互运动
  Arm on trunk
• 手臂关节和手的运动
  Arm joints / hand
• 自我参照点
  Egocentric
• 中心扫描
  Center scan
• 视网膜拓扑图
  Retinotopic
• 以物体为基础的
  Object centered?

第六期：感觉运动控制的空间座标架构
Issue 6: Spatial Coordinate Frames Used for Sensorimotor Control

• 大脑皮层
  Cerebral cortex
• 基底神经节
  Basal ganglia
• 小脑
  Cerebellum
• 脑干
  Brainstem
• 脊髓
  Spinal cord

第七期：运动控制相关的脑区有哪些？
Issue 7: What Brain Regions are Involved in Motor Control?

• 刺激
  Stimulation
• 切除／人类临床病理联系
  Ablation / human clinicopath correlations
• 连结的解剖
  Anatomy of connections
• 动物研究
  Animal studies
• 反射
  Reflexes
• 运动力
  Locomotion
• 行为方式
  Behavioral patterns
• 以基因为基础的研究
  Gene-based studies

第八期：研究运动控制用到了哪些技术？
Issue 8: What Techniques are Used to Study Motor Control?

• 自由度
  Degrees of freedom problem
• 行为的连续等级
  Serial order of behavior
• 感觉／知觉运动转换
  Sensory / perceptual motor transform
• 运动相等量
  Motor equivalence
• 运动的学习和可塑性
  Motor learning and plasticity
• 高级控制：认知、动机
  Higher order control: cognition, motivation
• 计算模型
  Computational models

第九期：本领域内的挑战
Issue 9: Challenges for the Field

• 立体自由度
  3DF

自由度问题：
Degrees of Freedom Problem:

• 1DF
• DF
• DF 手腕的3DF
  3DF at wrist
• 2DF

自由度问题：
Degrees of Freedom Problem:

1. 事先制订计划
   Plan ahead
2. 使肌肉痉挛最少 (da/dt)
   Minimize jerk (da/dt)
3. 内建同步 (例如，「协同运动」)
   Built-in synchronies (e.g. “associated movements”)
4. 「难度太大选择放弃」(Alexander + Crutcher)
   “Too complicated so can’t be done so we don’t do it” (Alexander + Crutcher)
5. 终点计算和轨迹计算
   End point calculations vs. trajectory calculations

自由度问题的可能解决方案：
Possible Solutions to the Degrees of Freedom Problem:

• 讲话
  Speech
• 复杂动作
  Complex actions
• 碗橱中的牛奶
  Milk in cupboard
• 电冰箱中燕麦盒子
  Cereal box in fridge
• 协同构音 [编:下一个字的音影响到其一个字的尾音，意指再前一个动作结束前下一个作已经开始做准备
  Co-articulation
• 手指移动——并非依照需要打出的字母顺序而动作——群指动作
  Fingers move ahead – not in order of letters to be typed – as in “an epic”
• 模块性？
  Modularity?
• 块状？
  Chunking?

连续有序的动作范例：
Examples of Serial Order of Behavior:

• 来源：Rosenbaum, D.A. (1991) 人类运动控制 纽约，论着，第16页
  Source: Rosenbaum, D.A. (1991) Human Motor Control. New York, Academic, p. 16.

共同清晰度
Co-articulation

• 来源：Rosenbaum, D.A. (1991) 人类运动控制 纽约，论着，第6页
  Source: Rosenbaum, D.A. (1991) Human Motor Control. New York, Academic, p. 6.
  

第五讲范例大纲：运动皮层
Sample Lecture Outline for Lecture 5: Motor Cortex

• M1中的躯体相应分布图
  M1 has body map
• 但是这种分布图的存在还有争论
  But controversy about maps is coming...
• Wilder Penfield 实验
  Wilder Penfield experiments
• 微电极刺激记录实验(Asanuma)
  Microelectrode stimulation-recording experiments (Asanuma)
• M1以外的多个运动区
  Multiple motor areas in addition to M1

锥体束的作用
Role of the Pyramidal Track

• 锥体束解剖（起止点）
  Anatomy of the Pyramidal Track (origin and destination)
• 脑卒中
  Stroke
• 脊髓中运动神经元的特异性通路
  Privileged access to motor neurons in spinal cord
• Kuypers实验（锥体束横断面和脊髓网状通路）
  Kuypers' experiments (transsection of pyramidal tract vs.. reticular spinal tracts)
• 悖论：一个PT神经元促使运动神经元形成多个细胞群
  Paradox of one PT neuron innervates motor neurons for multiple motor neuronal pools

M1神经元的编码内容是什么？
What is Coded by M1 Neurons?

• Edward Everets (1960's) 设计的实验协定的突破
  Breakthrough with experimental protocol introduced by Edward Everets (1960's)
• 有关负载的M1神经元编码——早期故事
  M1 neurons code for load - early story
• 运动方向的M1神经元进行群编码（Georgopoulos实验）
  M1 neurons have a population code for direction of movement (Georgopoulos experiments)
• 群矢量
  Population vectors

M1地图／代表区是高度可塑性的
M1 Map/Representation is Highly Plastic.

• 实验室证据（Nudo）
  Laboratory evidence (Nudo)
• 人群筛查的证据
  Evidence from human scans

M1神经元反应不仅仅与相应的肌肉EMG活动有关
What M1 Neurons Respond to is not Simply Related to Corresponding Muscle EMG Activity.

• 在单个肌肉细胞中产生EMG活动的不同条件可能并非总是诱导与该肌肉相连接的运动神经元的冲动
  Different conditions producing EMG activity in a single muscle may not all induce spike activity in a motor neuron connected to that muscle.

不同皮层区域特化成不同运动的假说
The Hypothesis that Different Motor Cortical Areas Specialize in Different Aspects of Movement.

• 「简单」运动
  "Simple" movements
• 连续运动
  Sequential movements
• 假想运动
  Imagined movements