CN105095626A - 自主/非自主动作装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于心理学实验的自主/非自主装置，该装置包括一个动作驱动***、动作传递***和动作感应***，其特征在于，所述的动作感应***由穿戴部件和其接触的感应部件组成，所述的穿戴部件容纳人体四肢部位；当动作驱动***产生动作时，经过动作传递***传递至动作感应***，实现人体四肢在动作感应***发出非自主的动作。该装置能够灵活实现满足于心理学实验人类被试的自主/非自主动作，特别是涉及按键/抬键动作。

Description

自主/非自主动作装置

技术领域

本发明涉及一种心理学实验仪器技术领域，具体来说就是通过这样一种装置能够实现自主/非自主-按键/抬键动作，并且能保证四种动作在力量上大体相同。这样能够很好为心理学实验提供设备保证。

背景技术

目前公认的心理学实验仪器都只能实现自主按键/抬键动作，但是在力量上还不能完全保证相等。或者地，多数文献报道的实验过程来看，自主按键/抬键动作完全是通过被试者自行决定，其力量上还不能完全保证相等，会给实验带来极大的不利因素。此外，对于一些非自主的按键或者抬键动作是目前心理学实验所匮乏的。随着对人的主动控制感以及动作研究本身的不断深入，一种既安全、简单又便捷的能同时实现自主/非自主动作的装置能够很好的保证这些研究。

发明内容

技术问题：本发明的目的就是为了克服现有的装置的不足，提供一种能同时实现自主和非自主动作的装置，且在力量上能够摒除实验者的误差。优选地，本发明是专门为研究非主动的动作而设计的。

技术方案：为了达到上述目的，本发明公开了一种自主/非自主动作的装置，更准确地说是一种非自主动作的装置，即实现非自主动作的研究。当然，对于自主动作也是可以实现的，且能控制力度，更好地用于与非自主动作的对照研究。

就用途而言，该装置是用于研究人类自主/非自主动作，特别是非自主动作。具体是，研究以按键和/或抬键动作为代表。这种自主/非自主动作是通过人体的四肢，如手指、手掌、手臂、手肘、脚趾、脚掌、腿部发出的。动作发出后，采用心理学研究***，记录动作的效应，并用于研究人类心理学、行为学等内容。

该装置包括一个动作驱动***、动作传递***和动作感应***，其特征在于，所述的动作感应***由穿戴部件和其接触的感应部件组成，所述的穿戴部件容纳人体四肢部位；当动作驱动***产生动作时，经过动作传递***传递至动作感应***，实现人体四肢在动作感应***发出非自主的动作。

所述的人体的四肢部位，是指手指、手掌、手臂、手肘、脚趾、脚掌或腿部。

所述的实现人体四肢在动作感应***发出非自主的动作，是指按键和/或抬键动作。

所述的动作感应***由穿戴部件和与穿戴部件接触的感应部件组成。所述的穿戴部件容纳人体四肢部位。穿戴部件选自与四肢相适应的穿戴部件，例如，指环、手套/筒、脚套/筒等。感应部件与常规的心理学研究***(检测***)相连接，感应部位通常为键盘、按键、开关、触摸板、触摸屏等。

所述的动作传递***，是用于传递动作驱动***发出的动作，通常以力的方式实现动作的传递。动作传递***的根据动作驱动***和动作感应***的位置而进行设置，将动作传递给动作感应***即可。力量的传递是各向异性的，例如垂直或水平传递。其中，杠杆是优选的。以杠杆实现动作力量的基本上相同的非自主按键/抬键的动作。杠杆的形状是各种类型的，只要实现动作的传递即可。其中，杠杆的支点左右两侧设置止点，以保护杠杆和人体四肢。止点位置分别设置弹簧，以保持杠杆水平，同时确保动作的复原(例如，发出按键动作后，伴随着弹簧反向作用力自动复原按键动作；反之，发出抬键动作后，伴随着弹簧反向作用力自动复原抬键动作)。

更优选地，所述的动作传递***包括一个金属的传递杆(杠杆)、弹簧部件、止点、支点。

所述的动作驱动***，连接并配合动作传递***，是规律、可控的非主动动作的发生部位。动作驱动***通过运动逐次地发出动作，并在动作感应***实现逐次的非自主动作。

更优选地，动作驱动***选自电机驱动***、或电磁铁驱动***。

有益效果：本发明能够弥补目前国际上缺乏的非自主动作研究装置的空白，而且仪器设计简单，可操作性强。

附图说明

图1为本发表的立体结构示意图

图2为本发明实现非自主按键示意图

图3为本发明实现非自主抬键示意图

图4自主/非自主动作装置实物，以及实验流程图(A)、实验装置示意图(B)、以及实验条件示意图(C)

图5-1行为学结果

图5-2在时间间隔为240-280ms时的FCz点的脑电波图

图5-3在时间间隔为440-480ms时的FCz点的脑电波图

具体实施方式

具体实施方式

实施例1电机驱动线圈的自主/非自主动作装置

该装置包括一个动作驱动***、动作传递***和动作感应***，所述的动作感应***由穿戴部件和其接触的感应部件组成，所述的穿戴部件容纳人体四肢部位；当动作驱动***产生动作时，经过动作传递***传递至动作感应***，实现人体四肢在动作感应***发出非自主的动作。

如图1-1所示，所述的动作驱动***为马达驱动线圈的***，包括一个固定架A1、电机马达A2、控制部件A3、滑轮A4、盘线A5。所述的控制部件A3对电机马达A2进行控制，控制其启动及转速。所述的控制部件A3可以是微机控制部件，以实现精确的转速控制。

所述的动作传递***包括一个金属的传递杆(杠杆)、弹簧部件A6、止点A7、支点A8。动作传递***的传递杆一端连接动作驱动***的盘线A5，一端连接动作感应***的指环A9，实现动作的传递。

所述的动作感应***的穿戴部件为指环A9，可以容纳人体手指。指环A9相接触的是感应部件A10，A10进一步与常规的心理学研究***(检测***)相连接。

操作过程是，如图1-2、1-3所示，实验人员启动A3，马达驱动转动旋转收缩盘线A5，通过滑轮A4把力变成上合下的力，带动动作传递***的传递杆一端向上或者向下运动，从而造成传递杆的另一端向下或向上运动，即被试者的手指做相反方向的运动，从而产生非自主按键/抬键动作。这一过程的速度及时间，是实验人员通过微机***可以进行控制的。

同时，作为对照，被试者主动按键和抬键从而实现自主按键和抬键动作。

实施例2电磁铁驱动的自主/非自主动作装置

如图2所示，所述的动作驱动***为电磁铁驱动，包括上下设置的电磁铁B4、电路B1、控制部件B2和B3、以及电源。控制部件B2和B3分别控制上下设置的电磁铁B4，且可通过电源来控制电磁铁驱动的力量和速度。

所述的动作传递***包括一个金属的传递杆(杠杆)、弹簧部件B5、止点B7、支点B8。动作传递***的传递杆一端有磁感部件B6，一端连接动作感应***的指环B9，实现动作的传递。磁感部件B6能被电磁铁吸引，例如铁片或铁锭。

所述的动作感应***的穿戴部件为指环B9，可以容纳人体手指。指环B9相接触的是感应部件B10，B10进一步与常规的心理学研究***(检测***)相连接。

操作过程是，实验人员启动B2或B3，电磁铁B4吸引传递杆末端的B6，带动动作传递***的传递杆一端向上或者向下运动，从而造成传递杆的另一端向下或向上运动，即被试者的手指做相反方向的运动，从而产生非自主按键/抬键动作。这一过程的速度及时间，是实验人员通过电磁铁驱动***的电流/电压可以进行控制的。

同时，作为对照，被试者主动按键和抬键从而实现自主按键和抬键动作。

实施例3电机驱动皮带的自主/非自主动作装置

如图3所示，所述的动作驱动***为马达驱动皮带装置，包括一个电机马达C1、控制部件C2、滑轮C4、皮带C3。所述的控制部件C2对电机马达C1进行控制，控制其启动及转速。所述的控制部件C2可以是微机控制部件，以实现精确的转速控制。

所述的动作传递***包括一个金属的传递杆(杠杆)、弹簧部件C5、止点C7、支点C8。动作传递***的传递杆一端通过法兰C6连接动作驱动***的皮带C3，一端连接动作感应***的指环C9，实现动作的传递。

所述的动作感应***的穿戴部件为指环C9，可以容纳人体手指。指环C9相接触的是感应部件C10，C10进一步与常规的心理学研究***(检测***)相连接。

操作过程是，实验人员启动控制部件C2，马达驱动皮带C3向上或向下运动，通过法兰C6把力变成上或下的力，带动动作传递***的传递杆一端向上或者向下运动，从而造成传递杆的另一端向下或向上运动，即被试者的手指做相反方向的运动，从而产生非自主按键/抬键动作。这一过程的速度及时间，是实验人员通过微机***连接C2可以进行控制的。

同时，作为对照，被试者主动按键和抬键从而实现自主按键和抬键动作。

实验及应用测试内容

自主/非自主-按键/抬键时间压缩效应在时间感知阶段的脑电差异心理学实验研究

(1)实验目的：在实验探讨自主/非自主-按键/抬键动作条件下时间感知阶段的脑电差异。(2)方法

被试

15名健康被试(女生6名，年龄22.73±2.08岁)，视力或矫正视力正常，均为右利手。所有被试在正式实验之前都被口头告知实验的注意事项以及报酬并要求阅读知情同意书并签字。

实验设计和程序

自主按键估计时间条件：要求被试放松并且端坐在电脑屏幕前，眼睛距屏幕的距离大概70cm。被试的左侧有一个自主/非自主动作装置(抬键和/或按键，本发明实施例1)，完整的实验装置见说明书附图4。要求被试左手食指伸直并轻轻放在装置的指环内并放在键盘的“Ctrl”上，右手食指轻轻放在鼠标左键上。一个黑色方块(1cm×1cm)首先呈现在屏幕中央，要求被试把左手的食指放在“Ctrl”键上并当他们想按键的时候就按下“Ctrl”键。为了防止被试无意识按键和错误按键，设置了500ms的无效按键时间段。被试在这个阶段按键***将提示被试重新按键。按下“Ctrl”键后，黑色方块立即消失，紧接着一个空屏持续随机的时间(240-280ms；440-480ms)，然后屏幕上出现一个红色方块并且持续500ms。被试需要用鼠标左键点击时间尺上任意一点从而给出自己的估计时间(0-600ms，有5个刻度点间隔都为100ms)。试次间的间隔为1200-2000ms。脑电标记的开始时间为黑色方块消失。

自主抬键估计时间条件：要求被试左手食指伸直并轻轻放在装置的指环内并放在键盘的“Ctrl”上，右手食指轻轻放在鼠标左键上。空屏首先出现并且一直维持直到被试按下并且按住“Ctrl”键，屏幕中央出现黑色方块。要求被试当他们想抬键的时候抬起“Ctrl”键。为了防止被试过快的抬键，同样设置了500ms的无效抬键阶段，被试在这个阶段抬键就会被要求重新开始试次。被试一旦抬键，黑色方块会立即消失。紧接着一个空屏持续随机的时间(240-280ms；440-480ms)，屏幕上出现一个红色方块并且持续500ms。要求被试点击一个标有时间刻度的时间尺给出自己的间隔估计时间。(0-600ms，有5个刻度点间隔都为100ms)。试次间的间隔为1200-2000ms。脑电标记的开始时间为黑色方块消失。

非自主按键估计时间条件：要求被试左手食指伸直并轻轻放在装置的指环内并放在键盘的“Ctrl”上，右手食指轻轻放在鼠标左键上。一个黑色方块(1cm×1cm)首先呈现在屏幕中央，马达驱动的传动装置会使得被试的左手食指轻轻按下。被动按下“Ctrl”键后，黑色方块立即消失，紧接着一个空屏持续随机的时间(240-280ms；440-480ms)，屏幕上出现红色方块并且持续500ms。被试需要用鼠标左键点击时间尺上任意一点从而给出间隔的估计时间。试次间的间隔为1200-2000ms。脑电标记的开始时间为黑色方块消失。

非自主抬键估计时间条件：要求被试左手食指伸直并轻轻放在装置的指环内并放在键盘的“Ctrl”上，右手食指轻轻放在鼠标左键上。首先是空屏一直维持直到被试按下并且按住“Ctrl”键，屏幕中央上出现了黑色方块。马达驱动的传动装置会使得被试的左手食指轻轻按下。被试一旦非自主抬键，黑色方块会立即消失。紧接着一个空屏持续随机的时间(240-280ms；440-480ms)，屏幕上出现一个红色方块并且持续500ms。要求被试尽快去点击一个标有时间刻度的时间尺(0-600ms，有5个刻度点间隔都为100ms)给出自己的估计时间。试次间的间隔为1200-2000ms。脑电标记的开始时间为黑色方块消失。

数据记录采用Neuroscan公司的32导NuAmpsDC放大器，以及按国际10-20***扩展的40导电极帽(HEOR，HEOL，VEOU，VEOL，FP1，F7，F3，FZ，F4，F8，FT7，FC3，FCZ，FC4，FT8，T3，C3，CZ，C4，T4，TP7，CP3，CPZ，CP4，TP8，T5，P3，PZ，P4，T6，O1，OZ，O2以及两个参考电极A1，A2。以右侧乳突电极作为参考电极，同时记录左侧乳突电压，离线通过EEGlab处理转换为平均参考(Delorme&Makeig，2004)并采用独立成份分析(ICA)的方法去除眼动和肌电伪迹。由安置于左右眼角外侧2厘米处的两个电极记录，垂直眼电由置于左眼中心轴上下2cm的电极记录滤波带通为DC-70Hz，采样率(A/D)为1000Hz/导。头皮阻抗均小于5K欧姆。分析了F3，FZ，F4，FC3，FCZ，FC46个点。采用1-30Hz的无相数字滤波。波幅在±75uV外的视为伪迹。选择了对延迟结果期待的P2成分进行了分析，选取了峰值和潜伏期(100ms-300ms)时间窗口分别进行两因素重复测量的方差分析，两因素分别为动作方式(抬键，按键)和动作主动性(自主，非自主)。方差分析的p值采用GreenhouseGeisser法进行校正。

实验结果与讨论

行为学结果

时间间隔为240-280ms条件下，进行因变量为实际间隔估计时间的两因素重复测量方差分析，两因素分别为主动性(自主，非自主)和动作方式(按键，抬键)。主动性的主效应显著，F(1，14)＝5.843，p＝0.030，动作方式的主效应显著，F(1，14)＝10.129，p＝0.007，动作方式和主动性两者的交互作用显著，F(1，14)＝19.431，p＝0.001， 简单效应的结果表明，在按键条件下，自主按键(M＝210.67ms，SE＝12.27ms)相比非自主按键估计(M＝262.164ms，SE＝13.762ms)的时间短，t＝-4.354，p＝0.001；在抬键条件下，自主抬键(M＝258.975ms，SE＝13.762ms)和非自主抬键条件(M＝258.229ms，SE＝17.203ms)没有差异，t＝0.06，p＝0.952；同时，在自主条件下，自主按键要比自主抬键条件下估计的时间要短，t＝-4.48，p＝0.001；在非自主条件下，非自主按键与非自主抬键条件没有差异，t＝0.55，p＝0.591。

时间间隔为440-480ms条件下，进行因变量为实际间隔估计时间的两因素重复测量方差分析，两因素分别为主动性(自主，非自主)和动作方式(按键，抬键)。主动性的主效应显著，F(1，14)＝2.828，p＝0.115，动作方式的主效应显著，F(1，14)＝15.311，p＝0.002，同时动作方式和主动性两者的交互作用显著，F(1，14)＝4.802，p＝0.04，简单效应的结果表明，在按键条件下，自主按键(M＝293.408ms，SE＝19.155ms)相比非自主按键条件下(M＝331.139ms，SE＝23.234ms)估计的时间短，t＝-2.56，p＝0.02；在抬键条件下，自主抬键(M＝347.334ms，SE＝17.445ms)和非自主抬键条件(M＝347.423ms，SE＝23.136ms)没有差异，t＝-0.007，p＝0.995；同时，在自主条件下，自主按键要比自主抬键条件下估计的时间要短，t＝-4.79，p＜0.001；在非自主条件下，自主按键与自主抬键条件没有差异，t＝-0.85，p＝0.247(图5-1)。

ERPs的结果

四种条件下都出现了P2成分，并在前中部最大。为了增强结果的可靠性，选择前额叶皮层的6个电极点(FC3，FCz，FC4，F3，Fz，F4)进行平均。同时选取了100-300之间选取了幅值和潜伏期，进行了两因素重复测量方差分析，两因素分别为主动性(自主，非自主)和动作方式(按键，抬键)。

在240-280时间间隔条件下，对于峰值，主动性的主效应[F(1，14)＝0.485，p＝0.498，]，动作方式的主效应[F(1，14)＝0.101，p＝0.756，]，主动性和动作方式的交互作用[F(1，14)＝1.635，p＝0.222，]都不显著。对于潜伏期，主动性的主效应不显著[F(1，14)＝0.08，p＝0.78，]，动作方式的主效应边缘显著，[F(1，14)＝3.95，p＝0.067，]。主动性和动作方式的交互作用不显著，[F(1，14)＝1.396，p＝0.257，](图5-2)。

在440-480时间间隔条件下，对于峰值，主动性的主效应[F(1，14)＝0.431，p＝0.522，]，动作方式的主效应[F(1，14)＝0.059，p＝0.812，]，主动性和动作方式的交互作用[F(1，14)＝1.929，p＝0.187，]不显著。对于潜伏期，主动性的主效应边缘显著[F(1，14)＝4.087，p＝0.063，]。动作方式的主效应也边缘显著，[F(1，14)＝3.611，p＝0.078，]。主动性和动作方式的交互作用不显著，[F(1，14)＝0.139，p＝0.715，]。按键动作的P2峰值的潜伏期(M＝259.294ms，SE＝6.631ms)短于抬键动作(M＝281.139ms，SE＝7.757ms)(图5-3)。

对于P1成分发现在非自主动作条件下不存在。因此，只对自主按键条件下的自主按键条件和抬键条件下进行了P1平均波幅的配对t检验。对于240-280条件，时间窗口20-120ms，选取了前额叶皮层的F3，Fz，F4，FC3，FCz，FC4六个电极点的平均幅度值作为因变量进行统计。在20-120的时间窗口，平均波幅自主按键条件下(M＝1.81，SE＝0.232)要明显高于抬键条件(M＝0.50uV，SE＝0.198uV)，t＝7.088，p＜0.001。对于间隔时间为440-480条件下，实验结果如下。在20-120的时间窗口，平均波幅自主按键条件下(M＝1.49uV，SE＝0.191uV)要明显高于抬键条件(M＝0.50uV，SE＝0.198uV)，t＝4531，p＜0.001。。

行为学结果表明，自主按键动作相比自主抬键动作在不同间隔条件下时间压缩效应都更强。同时，自主按键动作相比非自主抬键和按键动作都存在时间压缩效应，而自主抬键动作相比非自主按键和抬键动作而言没有差异。这些结果表明自主按键动作的时间压缩效应是稳定的。

对于ERP的结果，在自主动作条件下出现了一个与动作结果预期有关的P1。通过对比自主按键动作和自主抬键动作发现自主按键动作在大脑的前中部诱发了一个更大的P1。根据动作的内在预期器模型，这个P1可能反映的是对于预测的感知反馈的预期。自主按键动作是熟悉的自主动作，在过去的经验中多次练习形成对于动作和动作结果及时反馈的强联结。这样在的时间估计范式中，即算红色方块延迟呈现，但是大脑还是对于这个自主按键动作的预测的感知反馈信息有很强的期待。而自主抬键是不熟悉的自主动作，在过去的经验中练习很少，对于动作和动作结果的联结较弱。预测的感知反馈信息和实际的感知反馈之间的比较较少，这样反馈给预测器的经验少，从而导致在实际动作结果延迟呈现的时候，这种对于预测的感知反馈期望程度也较低，P1的波幅更小。自主按键条件和自主抬键条件下的P1的差异表明对于时间感知的注意力的分心程度。从而造成对于时间感知注意力减少，这样间隔估计就被压缩了。这些结果与前人关于时间估计的双任务范式的结果是一致的。在以往的研究中，要求被试分配不同的注意力比例在时间感知任务和另外一个非时间任务上，结果发现当注意力更多的分配在非时间任务上，结果估计的时间越短(Coull，Vidal，Nazarian，&Macar，2004；Liuetal.，2013)。

结果表明，采用本发明的装置及方法，很好地实现了研究人类的行为学和心理学规律。更多类似的实验结果，可以参考本发明的发明人及课题组正在发表(但未公开的)研究论文。结果是肯定的，在同期的学术界具有一定的学术地位。也正式基于此，本发明构思的简单变形，属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种实现自主/非自主动作的装置，该装置包括一个动作驱动***、动作传递***和动作感应***；

其特征在于，所述的动作感应***由穿戴部件和其接触的感应部件组成，所述的穿戴部件容纳人体四肢部位；

当动作驱动***产生运动时，经过动作传递***传递至动作感应***，实现人体四肢在动作感应***发出非自主的动作。

2.如权利要求1的装置，所述的实现人体四肢在动作感应***发出非自主的动作，是指非自主按键和/或抬键动作。

3.如权利要求1的装置，所述的人体的四肢部位是指手指、手掌、手臂、手肘、脚趾、脚掌或腿部。

4.如权利要求1的装置，所述的动作感应***由穿戴部件和与穿戴部件接触的感应部件组成；所述的穿戴部件容纳人体四肢部位；穿戴部件选自与四肢相适应的穿戴部件，具体是指环、手套/筒、脚套/筒；感应部件与常规的心理学研究***相连接，感应部位为键盘、按键、开关、触摸板或触摸屏。

5.如权利要求1的装置，所述的动作传递***，是用于传递动作驱动***发出的运动，以力的方式实现动作的传递；动作传递***的根据动作驱动***和动作感应***的位置而进行设置，将动作传递给动作感应***。

6.如权利要求5的装置，所述的动作传递***是杠杆部件，以杠杆实现动作力量的基本上相同的非自主按键/抬键的动作；杠杆的形状和设置位置是不同类型的，只要实现动作的传递即可。

7.如权利要求6的装置，所述的杠杆，其支点左右两侧设置止点，以保护杠杆和人体四肢；止点位置分别设置弹簧，以保持杠杆水平，同时确保动作的复原。

8.如上述任意一项权利要求的装置，所述的动作驱动***，连接并配合动作传递***，是规律、可控的非主动动作的发生部位；动作驱动***通过运动逐次地发出动作，并在动作感应***实现逐次的非自主动作；例如，一次性的非主动抬键或按键动作。

9.如权利要求8的装置，动作驱动***选自电机驱动***、或电磁铁驱动***。

10.一种研究人类非自主动作的方法，其特征在于，使用权利要求1-9任意一项装置，用于人体心理学研究。