On Motor Learning Theories
How we learn to move
Hey there! 👋 thanks for checking out my first post. If you want more, click here to subscribe to the newsletter, you get these articles right to your inbox 📥 and you can cancel anytime!
Currently, there are two prominent motor learning theories.
Motor program-based theory (MPBT) explains motor learning as a computer program. MPBT proposed that we store movement or signature of the movement, which are called “invariant features” in our memory (Magill & Anderson, 2021). To move, we must retrieve these invariant features and apply “parameters” to them. Parameters are stuff that we can alter invariant features without changing their signature. You can think of invariant features like the movement pattern of running, and parameters like choosing to run fast or run slow. The movement pattern is more or less the same, only the different speeds.
Dynamical systems theory (DST) describes motor learning using the perspective of complexity theory. There is no central control unit. There is no program. Proponents of DST believe human movement is created by “constraints.” Constraints can be created by internal sources or external environments. These constraints force the body to be self-organized to suit the demands. The body found a movement pattern because the pattern is the most energy-sufficient. This is called the stability state.
On my initial thought, MPBT and DST seem like two distinct and contradicting theories (and I believe the proponent of these theories may think so). However, on closer inspection, these two theories are two sides of the same coin. As mentioned by Hultgren (2018), while MPBT focused on the fixed end and DST focused on the flexible end, the two theories talk about the same thing but only using different terms. I believe, to explain the human body, we may need to use the two theories to explain the phenomenon. To say which is right is like saying the egg comes before the chicken. And it is perhaps counterproductive to see motor learning from one view only.
MPBT recognized that movement-specific parameters would alter invariant features to produce flexible and suitable movements for every demand (Magill & Anderson, 2021). These parameters are the same concepts of constraints as used by DST.
DST argued that there is no motor program, no little man in our head, and no prescription that we are born with (Clark, 1995). DST believed that the self-organization of the body creates every movement in response to the constraints (Clark, 1995). This is clearly not true because we have memory. We can close our eyes and imagine ourselves doing many complex movements without needing to imagine any constraints.
Thelen (2005) used the metaphor of a mountain stream to explain motor learning. Thelen thought of movement development as a mountain stream, flowing water, continuously adapting to its environments, with patterns but no program or instruction. While this is an excellent metaphor, but one might argue, where does the water originate? Where is the spring on top of the mountain?
Are we born as a blank slate, tabula rasa? DST proponents would think so. Thelen (2005) gave an example of infants learning to reach and grab. According to Thelen, infants must have some motivation to obtain objects, but first, infants must have the ability to look and focus on the thing. But the motivations and the ability to look and focus, not a pre-determined program? Piaget (1952, as cited in Thelen, 2005) believes that these programs are reflexes. Thelen (2005) also mentioned that the last step of infant development is to repeat an action. Is this not an acceptance that there are some programs within the system?
Gifford (1998) Mature Organism Model.
From a neurology perspective, the central nervous system and peripheral nervous system work together to regulate the body (Moore et al., 2018). Gifford (1998) described the mature organism model, which is used for understanding pain. But I think it can be used to understand how the central nervous system and the peripheral nervous system work in a circle, but with external environments and internal memory influences. I think we need to use components from both MPBT and DST to explain the complex process of motor learning. The body is so intricated with emotion, experience, and memory. Using either the “inside to outside” or “outside to inside” approach alone to explain is not sufficient. We should instead get away from these dualism perspectives and see both sides as one.
ปัจจุบัน มีทฤษฎีการเรียนรู้การเคลื่อนไหวอยู่สองแบบ
Motor Program-Based Theory (MPBT) อธิบายการเรียนรู้การเคลื่อนไหวสหมือนว่าเป็นโปรแกรมคอมพิวเตอร์ MPBT เสนอว่ามนุษย์เก็บการเคลื่อนไหวหรือลายเซ็นของการเคลื่อนไหวซึ่งเรียกว่า "คุณสมบัติที่ไม่เปลี่ยนแปลง (invariant features)" ในความทรงจำของเรา (Magill & Anderson, 2021). เวลาเราจะเคลื่อนไหวเราต้องดึงคุณลักษณะที่ไม่เปลี่ยนแปลงเหล่านี้ออกมา และใช้ "พารามิเตอร์" เพื่อสร้างการเคลื่อนไหว พารามิเตอร์เป็นสิ่งที่สามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติ โดยไม่ต้องเปลี่ยนลายเซ็น เราสามารถนึกถึงคุณลักษณะที่ไม่เปลี่ยนแปลง เป็น รูปแบบการเคลื่อนไหวของการวิ่ง และพารามิเตอร์ต่างๆ เป็น การเลือกวิ่งเร็วหรือวิ่งช้า รูปแบบการเคลื่อนไหวจะคล้ายๆกัน แต่ความเร็วต่างกันเท่านั้น
Dynamical Systems Theory (DST) อธิบายการเรียนรู้การเคลื่อนไหวโดยใช้มุมมองของทฤษฎีความซับซ้อน (complexity theory) ทฤษฎีนี้บอกว่ามนุษย์ไม่มีระบบควบคุมตรงกลาง และไม่มีโปรแกรม ผู้เสนอ DST เชื่อว่าการเคลื่อนไหวของมนุษย์ถูกสร้างขึ้นโดย "ข้อจำกัด (constraints)" ข้อจำกัดสามารถเกิดจากแหล่งภายในหรือสภาพแวดล้อมภายนอก ข้อจำกัดเหล่านี้ทำให้ร่างกายต้องจัดระเบียบตัวเองให้เหมาะสมกับความต้องการ ร่ายกายจะพบรูปแบบการเคลื่อนไหวที่ดีที่สุดเพราะรูปแบบนั้นใช้พลังงานที่จำเป็นน้อยที่สุด สิ่งนี้เรียกว่าสถานะเสถียรภาพ (stability state)
ในความคิดเริ่มแรกของผม MPBT และ DST ดูเหมือนสองทฤษฎีที่แตกต่างกันและขัดแย้งกัน (และผมเชื่อว่าผู้เสนอทฤษฎีเหล่านี้อาจคิดอย่างนั้น) อย่างไรก็ตาม เมื่อพิจารณาให้ละเอียดยิ่งขึ้น ทั้งสองทฤษฎีนี้เป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน ตามที่ Hultgren (2018) ได้กล่าวไว้ว่า ในขณะที่ MPBT มุ่งเน้นไปที่ปลายที่คงที่ DST เน้นไปที่ปลายที่ยืดหยุ่น สุดท้ายแล้วทฤษฎีทั้งสองพูดถึงสิ่งเดียวกัน แต่ใช้คำศัพท์ต่างกันเท่านั้น ผมเชื่อว่าการอธิบายร่างกายมนุษย์ เราอาจต้องใช้ทั้งสองทฤษฎี หากบอกว่าทฤษฎีการเรียนรู้การเคลื่อนไหวอันไหนถูก มันก็จะเหมือนบอกว่าไข่มาก่อนไก่
MPBT ยอมรับว่าพารามิเตอร์จะดัดแปลงคุณลักษณะที่ไม่เปลี่ยนแปลงเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวที่ยืดหยุ่นและเหมาะสมสำหรับทุกความต้องการ (Magill & Anderson, 2021). พารามิเตอร์เหล่านี้เป็นแนวคิดเดียวกันกับข้อจำกัดที่ใช้โดย DST
DST แย้งว่ามนุษย์ไม่มีโปรแกรมใดๆ ไม่มีคนควบคุมในหัวของเรา (Clark, 1995). DST เชื่อว่าการจัดระเบียบร่างกายของตนเองจะสามารถสร้างทุกการเคลื่อนไหวเพื่อตอบสนองต่อทุกข้อจำกัด (Clark, 1995). แต่ผมคิดว่าการพูดแบบนี้มันไม่ถูกแน่ๆ เพราะเรามีความทรงจำ เราสามารถหลับตาและจินตนาการว่าเรากำลังเคลื่อนไหวโดยไม่จำเป็นต้องจินตนาการถึงข้อจำกัดใดๆ
Thelen (2005) ซึ่งเป็นผู้ที่เห็นด้วยกับ DST ใช้คำอุปมาของลำธารบนภูเขาเพื่ออธิบาย. Thelen คิดว่าการพัฒนาการเคลื่อนไหวเป็นธารน้ำจากภูเขา น้ำไหลลงมา ปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมได้อย่างต่อเนื่อง แต่ไม่มันมีโปรแกรม ในความคิดของผม แม้ว่านี่จะเป็นคำอุปมาที่ดี แต่เราสามารถโต้แย้งว่า น้ำมีต้นกำเนิดมาจากอะไร? น้ำพุบนยอดเขาอยู่ที่ไหน?
คนเราเกิดมาเป็นกระดานที่ว่างเปล่า (tabula rasa) หรือไม่? ผู้เสนอ DST จะเห็นด้วยว่าใช่. Thelen (2005) ยกตัวอย่างของทารกที่เรียนรู้ที่จะเอื้อมมือคว้า. Thelen บอกว่า ทารกต้องมีแรงจูงใจบางอย่างที่อยากได้รับของสิ่งนั้นๆ แต่ก่อนอื่น ทารกต้องมีความสามารถในการมองและมุ่งเน้นไปที่สิ่งนั้น แต่แรงจูงใจและความสามารถในการมองและโฟกัสไม่ใช่โปรแกรมที่กำหนดไว้ล่วงหน้าหรือ? Piaget (1952 ตามที่อ้างอิงใน Thelen, 2005) เชื่อว่าโปรแกรมเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาตอบสนอง (reflex). Thelen (2005) ยังกล่าวอีกว่าขั้นตอนสุดท้ายของการพัฒนาทารกคือการทำซ้ำ นี่แต่นี้ไม่ใช่การยอมรับว่ามีโปรแกรมบางอย่างในระบบหรือ?
Gifford (1988) Mature Organism Model
จากมุมมองของประสาทวิทยา ระบบประสาทส่วนกลาง (central nervous system) และระบบประสาทส่วนปลาย (peripheral nervous system) ทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมร่างกาย (Moore et al., 2018). Gifford (1998) อธิบายทฤษฎีสิ่งมีชีวิตที่โตเต็มที่ (mature organism model) ซึ่งใช้เพื่อทำความเข้าใจความเจ็บปวด แต่ผมคิดว่ามันสามารถใช้เพื่อทำความเข้าใจว่าระบบประสาทส่วนกลางและระบบประสาทส่วนปลายทำงานเป็นวงกลมได้อย่างไร และมันทำงานร่วมกับสภาพแวดล้อมภายนอกและอิทธิพลของหน่วยความจำภายในอย่างไร ผมคิดว่าเราจำเป็นต้องใช้ส่วนประกอบจากทั้ง MPBT และ DST เพื่ออธิบายกระบวนการที่ซับซ้อนของการเรียนรู้การเคลื่อนไหว คนเรามีอารมณ์ ประสบการณ์ และความทรงจำ การมอง "จากภายในสู่ภายนอก" หรือ "จากภายนอกสู่ภายใน" เพียงอย่างเดียวมันไม่เพียงพอ เราควรหลีกหนีจากมุมมองทวินิยม (dualism) เหล่านี้ และมองทั้งสองฝ่ายให้เป็นหนึ่งเดียว
References
Clark, J. E. (1995). On becoming skillful: Patterns and constraints. Research Quarterly for Exercise and Sport, 66(3), 173–183. https://doi.org/10.1080/02701367.1995.10608831
Gifford, L. (1998). Pain, the tissues and the nervous system: A conceptual model. Physiotherapy, 84(1), 27–36. https://doi.org/10.1016/S0031-9406(05)65900-7
Hultgren, T. (2014). You say parameter, I say parahmeter: GMP and DPT differences and similarities. [Audio recording]. A.T. Still University College of Graduate Health Studies.
Magill, R. A., & Anderson, D. I. (2021). Motor learning and control: Concepts and applications (12th ed.). McGraw-Hill Publishing.
Moore, K. L., Dalley, A. F., & Agur, A. M. R. (2018). Clinically oriented anatomy. (8th ed.) Wolters Kluwer.
Thelen, E. (2005). Dynamic systems theory and the complexity of change. Psychoanalytic Dialogues, 15(2), 255–283. https://doi.org/10.1080/10481881509348831
Thanks for this Korn. It's great to see theoretical concepts presented so clearly. I also appreciate that you've brought the two theories together and revealed the fact that they could be considered to be "two sides of the one coin". Great insights.