尼古拉·伯恩斯坦于1947年撰写了其最为全面的著作《论运动的构建》。这部专著总结了他及其同事在20年间围绕与运动产生相关的神经过程所进行的理论、实验及临床研究成果。该书直到半个世纪后才被翻译成英文,这在伯恩斯坦的著作中并不罕见。事实上,他1935年撰写的开创性论文(Bernstein, 1935)直到1967年才被译成英文(Bernstein, 1967)。他在20世纪40年代末撰写的《灵巧性及其发展》一书最初以俄文出版,数年后才被翻译成英文(Bernstein, 1996)。另一本写于20世纪30年代中期的《神经过程生理学的当代研究》则于2003年以俄文出版,尽管人们对伯恩斯坦理论的兴趣日益增加,但这一作品至今仍未被英语读者所熟知。
1967年,伯恩斯坦的一系列论文被翻译成英文并出版,这一事件成为将他的理论介绍给铁幕另一端读者的重要里程碑。此后,约翰·怀廷编辑了一部副标题为“重新评估伯恩斯坦”的著作(Whiting, 1984)。在这部书中,来自不同运动控制研究领域的众多知名学者聚焦于伯恩斯坦的理论,并探讨这些理论对他们自身研究以及整个领域的影响。从那时起,伯恩斯坦的名字便作为生理学和心理学领域的重要人物而广为人知,他甚至可被视为当今运动控制研究之父,也有学者尝试将其理论扩展到人类认知领域(例如,Velichkovsky, 1990, Velichkovsky, 2002)。关于他的个人传记与科学传记均已出版,同时也有曾与他有过接触的科学家们所写的回忆录(Feigenberg, 2014; Sirotkina, 2019; Talis, 2022)。另一个重要里程碑是Profeeta和Turvey在2018年对伯恩斯坦理论框架所做的综述。不过,这篇综述是在《论运动的构建》的英文译本出现之前完成的,因此其中对伯恩斯坦观点的描述仅依据《灵巧性及其发展》中较为简略的内容,而那本书原本就是为非专业读者编写的,故未对核心概念进行详细阐述。
在理解生物运动方面,伯恩斯坦首先是一名进化生物学家。他虽接受过医学教育,但在第一次世界大战后自学了基础力学与数学知识。这些背景使他能够开发出用于分析运动运动学与动力学层面的新方法。其中一些分析运动运动学的方法,在时间分辨率上已可与现代方法相媲美。尤其是,伯恩斯坦实现了每秒500次的数据采集频率,这一数值在当今仍属于非常高的水平(Bernstein & Popova, 1930)。他还改进了早先由Braune和Fischer(1895-1904)提出的逆动力学方法,并利用这些方法来估算从跑步到弹钢琴等各种动作中的关节扭矩随时间的变化情况(Bernstein, 1937, Bernstein, 1938; Bernstein & Popova, 1930)。
到1947年该书撰写并出版时,伯恩斯坦已从多个领域和来源收集了大量信息,并亲自获得了大量原始数据。他研究了运动的进化层面、生物力学、神经解剖学、发育与训练的影响,以及包括第二次世界大战期间的大量损伤案例在内的各种神经系统疾病。经过如此巨大的努力,他终于完成了1947年的那部著作。如今,近80年过去了,是时候重新审视伯恩斯坦的核心公理、假设与结论了。多年来,运动控制领域取得了显著进展,基于对神经肌肉系统的新认识,涌现出了许多新的概念与理论方法。其中一些进展源自伯恩斯坦的理念以及他在1947年著作中提出的生物运动层级控制的多层级方案;而另一些则对伯恩斯坦的一些公理与结论提出了挑战,提出了关于运动神经控制的新观点,这些观点很难与他的传统框架相协调。
在本文中,我们重点探讨伯恩斯坦提出的较低的两个控制层级,即层级A(肌张力层级)和层级B(协同作用层级)。我们计划在第二部分再讨论他提出的更高层级(层级C、D和E)。之所以将整个运动构建方案人为地划分为这样的层次,是因为当前运动控制领域的实际情况所决定的。在我们看来,由于已经发展出了至少在理论上足以描述相关过程的语言,对层级A和B的理解已经使其逐渐接近成为自然科学的一部分。相比之下,对于那些被认为由层级C(空间场层级)、层级D(动作层级)和层级E(符号动作层级)控制的更为复杂的进程,目前仍处于探索阶段,尚未找到合适的描述语言。