儿童动作发展的动力机制

来源:用户上传      作者: 徐光辉 秦金亮

　　[摘要]动力系统理论是近年来运用于研究儿童动作发展的新理论。在动力系统理论看来，儿童是一个开放的复杂系统，系统通过自组织产生新的动作模式。关于儿童新动作模式产生的动力机制，动力系统理论给出了解释：系统内部的涨落是新动作模式产生的动力源泉：临界点的变动造成动作模式的突变，是新动作模式的发生机制：行为空间的吸引子决定了动作的发展方向，而吸引子的势井深度又决定了新动作模式的稳定性。
　　[关键词]动力系统理论；动作发展；动作模式；吸引子
　　[中图分类号]G610　[文献标识码]A　[文章编号]1004-4604(2011)06-0035-04
　　
　　近年来，动力系统理论的发展为系统化的研究提供了可能，在研究儿童的动作发展方面显示出强大的生命力。本文运用动力学语言，在理论(不涉及复杂的数学模型)层面探析儿童动作发展的动力机制。
　　
　　一、儿童新动作模式产生的传统解释及困惑
　　
　　当我们在谈论儿童的动作发展时，常常会发问：动作发展究竟意味着什么?事实上除了意味着儿童个体的生理成长外，更多的是指儿童新行为模式的不断出现，从而使儿童的行为变得更复杂了。分析这种新动作模式的起源及其产生机制，是儿童动作发展研究中的一个核心问题。对于儿童新动作模式的产生机制，传统上有两种不同看法，一种认为是后天环境刺激的作用，另一种认为是先天生物因素的约束(成熟)。
　　行为主义者持的是第一种观点，他们大多用学习理论去解释动作发展的一般规律。在他们看来，新动作模式的出现是环境刺激下行为强化的结果。和行为主义者持相反观点的是成熟理论学派。他们认为儿童的动作发展是由遗传因素控制的有顺序的过程，是有机体固有的过程，其动作模式是有机体按成熟的顺序预先决定和表现的。
　　传统动作发展理论主要受上述两派理论的影响。然而，不论是强调环境塑造作用的行为主义，还是强调生物约束机制的个体成熟论，均强调中枢神经系统对动作发展有绝对的控制权，其争论焦点在于到底是环境还是成熟促使中枢神经系统去激发并控制行为。正是在这一共同假设的前提下，形成了一些我们熟知的传统的动作发展原则，如中枢神经系统对动作发展起着决定作用，动作发展遵循从近端向远端的顺序，新生儿的动作是无意识的，等等。然而，随着新的技术手段在动作研究中的应用，人们对儿童的动作发展有了更全面和深入的了解。传统的发展理论受到了越来越多的挑战。例如，大量研究已经证明，有脑伤的新生儿或早产儿，动作却能正常发展。又如，Loria对12名平均30周大的幼儿的上肢动作能力的研究发现，被试上肢的近端动作能力(伸手的能力)与远端动作能力(手部抓握的能力)的发展并不相关。Hofsten对婴儿伸手取物的研究也表明，婴儿一出生便有能力进行有意识的活动，只是他们没有足够的力气。若是给予婴儿有力的支撑，婴儿便有能力伸手取物。
　　
　　二、动力系统理论关于儿童新动作模式产生与发展的理论假设
　　
　　首先，动力系统理论提出新动作模式是系统以自组织的方式获得的。这也是其与传统发展理论最大的区别。自组织是指在没有外在指令的情况下，生物体自身在内部复杂系统各元素的交互作用中或与环境系统各元素的交互作用中产生新模式及新秩序，并且通过这些自身的活动改造自身。在动力系统理论框架内，儿童是一个开放的复杂系统，从分子细胞层次、感觉运动层次、家庭层次到自然和社会文化层次，这些层次彼此嵌套，相互影响。动作不是由专门的中枢神经系统控制的。新动作模式是系统以自组织的方式获得的，受到包括生物力学因素在内的多种约束机制的影响。
　　其次，动力系统理论提出动作发展是非线性的，并且可以用非线性的热力学原理来解释。第一，系统存在稳定的状态。对于动作发展来说，这个稳定的状态可能是一个特定的动作模式(如爬行)。第二，这一稳定状态存在边界条件，可以在特定的条件下存在而不会改变(如行走的稳定状态存在于有重力的世界里；当个体有足够的力量和平衡性来支持时，行走就会存在)。第三，稳定状态的变化将只在被称作“控制参数”的有关约束条件超过某一关键值时才会发生。在这一临界点，稳定状态将经历一个相对突然而不稳定的过渡状态，直至形成一个新的稳定状态。
　　
　　三、基于动力系统理论看儿童新动作模式产生与发展的动力机制
　　
　　1　动力源泉――系统涨落
　　依据动力系统理论，一个由大量子系统组成的复杂系统，其可测的宏观量是众多子系统的统计平均效应的反映。但系统在每一时刻的实际数值总是与平均值存在或多或少的偏差，这些偏差被称为“涨落”。涨落是偶然的，杂乱无章的，随机的。物理学研究表明，一个系统处于热力学平衡状态时，它的能量与运动是均匀分布的。例如，在一个装有盐水溶液的封闭的瓶子里，由于和外界隔绝，盐溶液是均匀分布的，不存在能量的流动。在封闭的平衡系统中，涨落在很大程度上被消解，系统能够保持稳定，不会有新的形式出现。而在开放的系统中，热力学非平衡状态将放大系统的涨落，促使系统行为出现变化。
　　儿童是一个复杂的系统，包含了大量的子系统，这些子系统经常是不同质的，如属于分子、细胞、个体或者种系。因此，在儿童身上，围绕稳定动作模式的涨落与变动是不可避免的。此外，由于不断从所处环境中吸收能量，包括儿童在内的所有生物系统都处于热力学非平衡状态。热力学的非平衡性放大了系统的涨落，致使系统变得混乱，极大地降低了行为的稳定性。这种被放大的系统的涨落为儿童行为模式的转变提供了动力。“这些涨落――系统动态的运动着的轨迹――是行为发展中新形式产生的源泉。”
　　
　　2　发生机制――临界点的微小变动造成了动作模式的突变
　　在正常情况下，由于热力学系统相对于其子系统来说非常大，所以涨落的幅度通常很小，即使偶尔有大的涨落，也会立即被耗散掉，系统总是趋于稳定。因此，在儿童发展的大部分时间里，动作模式会因为系统要素间的相互作用而保持稳定，因为系统本身的结构有抵制变动的能力。例如，对儿童来说，行走是非常稳定的一种动作模式，他们能穿着各种鞋走过房间，能在不同的路面上行走，甚至说着话或吹着口哨也可以行走。
　　然而，当系统处在临界点(即所谓阈值)附近时，情况就大不相同了，这时的涨落可能会被不稳定的系统放大。在控制参数越过临界点时，原来的热力学分支失去了稳定性，最后促使系统达到新的宏观态，儿童则表现出新的动作模式。这种在临界点附近控制参数的微小改变导致系统状态明显的大幅度变化的现象，叫作突变。促成系统突变的微小变动可能是明显的系统参量的改变，也可能是系统中潜在的不明显因素的变化。例如，Thelen和Fisher对新生儿移步消失的研究表明，身体的重量及组成成分也许是导致新生儿移步消失的真正原因，而不是传统解释认为的高级脑中枢反射

的抑制。事实确实如此。当研究人员把婴儿放入水中，减少腿部的机械负荷时，移步的动作又会出现。身体的脂肪沉积是一个增长性的变化，它并不是专门针对腿部运动的，但是通过对系统产生影响，结果就会造成动作模式的突变。
　　
　　3　新动作模式的选择――吸引子
　　作为复杂的开放系统，儿童具有非常多的不同质的组成部分，各部分之间的相互作用是极其复杂的，存在着多重因果关系。从理论上分析，这种多重的因果关系造成的结果具有无限的可能性，各组成部分间可以通过无数种方式自由地进行组合。然而，儿童的新动作模式只是其中的一种子集，因为系统会习惯性地选择一些有限的动作模式。那么，系统是如何选择动作模式的呢?
　　在动力系统中，这些被选择的动作模式被称为“吸引子”。这是“因为系统――在特定的条件下――对这种状态有种亲和力”。若用数学语言描述，则是因为一个动力系统的状态空间是任意维空间的一个抽象的建筑物，它的坐标定义了集体变量的可能状态，吸引子则是系统偏好的一些特定位置。儿童发展中一些看似程序化的动作模式也是吸引子选择的结果。婴儿的爬行运动模式就是一个很好的例子。9个月大的婴儿。其肌肉和运动神经的发展水平为爬行运动模式的发生提供了可能性。当环境刺激使婴儿有自主移动一段距离的愿望时，比如去床的另一端的妈妈身边，可他却没有足够的力量和协调性来支持站立时，爬行就成了系统当时的吸引子状态，即系统偏爱的动作模式。于是婴儿通过自组织选择了爬行作为新的动作模式。
　　新动作模式的出现是系统的一种吸引子状态，但它只是一种统计上的可能性，却不是程序化的必然选择。不是所有儿童都会选择一样的动作模式，比如有些儿童在发展中没有经过爬行阶段。
　　
　　4　新动作模式的稳定性――吸引子的势井深度
　　儿童通过自组织机制产生了新的动作模式，然而这些模式之间却有很大的差别。有的动作模式能够稳定维持，而有的动作模式却只能保持很短的时间或偶尔出现。动作模式的稳定性是如何决定的呢?
　　动力系统理论认为，因为系统内部涨落的存在。所以任何系统行为都只能维持相对的稳定状态，行为模式的相对稳定性是由吸引子的稳定性――势井深度决定的。传统上，一般用势能景观图来通俗地解释吸引子的稳定性。在一个有山峰、山谷的景观(地形)中，一个球在其中滚动，它的滚动显示了集体变量的状态。当球在山顶时，只要受到很小的推力，球就将沿着山坡向下滚。此时，系统的状态是非常不稳定的，因为任何小的推力都会使球离开山顶。然而，当球在山谷中时，却需要相当大的外在推力才能改变它的位置，即在山谷中时势并较深，是一个非常稳定的吸引子。另外，当球在一个浅的山谷中维持相对稳定状态时，如果给予其足够强的推力，球就会移动到邻近的山谷中。经过足够长的时间后，所有的球都会停在一个最深的山谷中。可见，儿童动作模式的稳定性是由吸引子的势井深度决定的。如果吸引子的势并较深，稳定性很强，儿童的新动作模式就会对系统的涨落有较强的抵抗能力，从而成为稳定的模式被保持下来。反之。动作模式的稳定性较差。
　　越来越多的研究表明，儿童动作的发展并不是由基因或环境单纯决定的，也不完全取决于中枢神经系统的成熟。新动作模式的出现是生物体、环境和任务约束相互作用的一个动态的、自我组织的过程。动力系统理论最大的贡献在于，消除了基因与环境等的两重性，把研究的重点集中在研究发展着的系统是如何运作的。动力系统理论解释了系统什么时候是稳定的，什么时候是变化的以及什么原因造成了变化。但是，正如Wolff所说，“新异模式产生的过程，也许是所有发展科学独有的、最重要的悬而未决的问题”。动力系统理论也只是为我们提供了一个新的视角，在实际的研究中还有许多困难。但无论如何，动力系统理论毕竟为我们指明了前进的方向。

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