摘要
快速准确地移动目标的能力从根本上受到神经元生物物理学和肌肉动力学的制约。然而,这些因素与跟踪运动指令之间的相应权衡尚未被严格量化。我们使用反馈控制原理量化传感器运动控制系统(SCS)跟踪快速周期运动的性能限制。我们表明:(1)SCS的线性模型无法预测已知的不良现象,包括在“快速区域”跟踪信号时产生的跳过周期、过冲和欠冲,而非线性脉动控制模型可以预测此类不良现象,以及(2)非线性控制理论的工具使我们能够描述这种快速状态的基本限制。利用SCS的一个经过验证且易于处理的非线性模型,我们推导出了SCS模型在产生神经元生物物理约束和肌肉动力学等不良现象之前能够可靠跟踪的频率的分析上限。这里导出的性能限制在感觉运动控制中具有重要意义。例如,如果初级运动皮层因疾病或损伤而受损,该理论建议通过使用辅助神经假体设备增加必要的补偿力来操纵肌肉动力学,以恢复运动性能,更重要的是,恢复快速灵活的运动。我们的SCS模型和这里发展的理论可以告诉我们应该如何补偿。
引用
Saxena,Shreya等人,《感觉运动控制的性能限制:神经计算和跟踪快速运动的准确性之间的权衡》,《神经计算》,第32期,第5期(2020年5月):865-886©2020作者
版本:最终发布版本