Motor kontrolü - Motor control

Bu makale, insanlar ve diğer hayvanlar tarafından motor kontrolü ile ilgilidir. Makineler ve robotlar tarafından motor kontrolü için bkz. Motor kontrolörü .

Motor kontrol , sinir sistemine sahip organizmalarda hareketin düzenlenmesidir . Motor kontrolü, yönlendirilmiş hareketin yanı sıra refleksleri de içerir .

Hareketi kontrol etmek için, sinir sistemi multimodal duyusal bilgileri (hem dış dünyadan hem de propriyosepsiyondan ) entegre etmeli ve bir hedefi gerçekleştirmek için kasları çalıştırmak için gerekli sinyalleri ortaya çıkarmalıdır. Bu yol, çoklu-duyusal entegrasyon , sinyal işleme , koordinasyon , biyomekanik ve biliş dahil olmak üzere birçok disiplini kapsar ve hesaplama zorlukları genellikle sensorimotor kontrol terimi altında tartışılır. Başarılı motor kontrol, duruş, denge ve stabilitenin yanı sıra hedeflere ulaşmak için dünya ile etkileşim kurmak için çok önemlidir.

Bazı araştırmacılar (çoğunlukla Daniel Wolpert ve Randy Flanagan gibi hareketi inceleyen sinirbilimciler ), motor kontrolün beynin var olmasının nedeni olduğunu savunuyorlar.

Kasların sinirsel kontrolü

Tüm hareketler, örneğin burnunuza dokunmak, motor nöronların , kasların kasılmasına neden olan aksiyon potansiyellerini ateşlemesini gerektirir . İnsanlarda ~ 150.000 motor nöron ~ 600 kasın kasılmasını kontrol eder. Hareketleri üretmek için, doğru zamanda doğru kuvveti üretmek için 600 kastan oluşan bir alt kümenin geçici olarak kesin bir düzende kasılması gerekir.

Motor üniteleri ve kuvvet üretimi

Tek bir motor nöron ve innerve ettiği kas liflerine motor ünite denir . Örneğin, rektus femoris , yaklaşık 1000 motor nöron tarafından kontrol edilen yaklaşık 1 milyon kas lifi içerir. Motor nörondaki aktivite, innerve edilen tüm kas liflerinde bir birim olarak işlev görmeleri için kasılmaya neden olur. Motor nörondaki aksiyon potansiyeli frekansındaki (spike hızı) artışlar, kas lifi kasılmasında maksimum kuvvete kadar artışlara neden olur. Maksimum kuvvet, kas liflerinin kasılma özelliklerine bağlıdır. Bir motor ünite içinde, tüm kas lifleri aynı tiptedir (örneğin, tip I (yavaş seğirme) veya Tip II lifler (hızlı seğirme) ve belirli bir kası oluşturan çoklu tip motor üniteler. Belirli bir kasın motor birimleri topluca bir motor havuzu olarak adlandırılır.

Dolayısıyla belirli bir kasta üretilen kuvvet şunlara bağlıdır: 1) Kaç motor nöronun aktif olduğu ve bunların ani hızlanma oranları; 2) aktif nöronlar tarafından innerve edilen kas liflerinin kasılma özellikleri ve sayısı. Daha fazla güç üretmek için aktif motor nöronların ani hızlarını artırın ve/veya daha fazla ve daha güçlü motor üniteleri toplayın.

İşe alım emri

Bir motor havuzundaki motor üniteler, başak başına küçük miktarlarda kuvvet üreten motor ünitelerden, başak başına en büyük kuvveti üretenlere kadar, basmakalıp bir sırayla toplanır . Motor birim kuvvetinin gradyanı, motor nöron soma boyutundaki bir gradyan ve motor nöron elektriksel uyarılabilirliği ile ilişkilidir. Bu ilişki Elwood Henneman tarafından tanımlanmıştır ve sinirbilimin temel bir keşfi ve motor kontrolün düzenleyici bir ilkesi olan Henneman'ın boyut ilkesi olarak bilinir .

Duruşun sürekli ayarlanması gibi küçük kuvvetler gerektiren görevler için, daha az kas lifli, yavaş kasılan ancak daha az yorulan motor üniteler kullanılır. Daha fazla kuvvet gerektiğinden, hızlı seğiren, çabuk yorulan kas liflerine sahip motor üniteler devreye girer. 

               High|
                   |                                     _________________
 Force required    |                                    /
                   |                                   |
                   |                                   |
                   |                      _____________|_________________
                   |           __________|_______________________________
                Low|__________|__________________________________________    
                              ↑          ↑             ↑                   Time
              Type I Recruit first    Type II A      Type IIB

Motor kontrolünün hesaplama sorunları

Sinir sistemi, hangi motor nöronların ne zaman etkinleştirileceğini seçerek hareket üretir. Bir motor havuzunda bir işe alım emrinin var olduğu bulgusunun, sorunun basitleştirilmesini yansıttığı düşünülmektedir: eğer belirli bir kas belirli bir kuvvet üretecekse, o zaman bu kuvvet üretilene kadar motor havuzunu işe alım hiyerarşisi boyunca etkinleştirin.

Ama o zaman her bir kasta hangi gücün üretileceğini nasıl seçmeli? Sinir sistemi bu sorunun çözümünde aşağıdaki sorunlarla karşı karşıyadır.

  1. Fazlalık. Sonsuz hareket yörüngeleri bir amacı gerçekleştirebilir (örneğin, burnuma dokunun). Bir yörünge nasıl seçilir? Hangi yörünge en iyisidir?
  2. Gürültü. Gürültü, duyudan kas kasılmasına kadar herhangi bir noktada nöronlarda ve sinaptik bağlantılarda meydana gelebilen, bir sinyalle ilgisi olmayan küçük dalgalanmalar olarak tanımlanır.
  3. gecikmeler Motor nöron aktivitesi, hareketten önce gelen kas kasılmasından önce gelir. Duyusal sinyaller, daha önce meydana gelmiş olayları da yansıtır. Bu tür gecikmeler motor program seçimini etkiler.
  4. Belirsizlik. Belirsizlik, nöral gürültü nedeniyle ortaya çıkar, ancak aynı zamanda dünyanın durumuyla ilgili çıkarımların doğru olmayabileceğinden (örneğin, gelen topun hızı) ortaya çıkar.
  5. durağan olmama. Bir hareket yürütülürken bile, vücudun geri kalanı üzerindeki reaktif kuvvetler gibi basit etkilerle bile dünyanın durumu değişir ve bu, harekete geçirildiğinde eklemin ötelenmesine neden olur .
  6. Doğrusal olmama. Nöral aktivitenin ve kas kasılmasının etkileri, yüksek oranda lineer değildir ve sinir sisteminin bir motor nöron aktivitesi modelinin sonuçlarını tahmin ederken hesaba katması gereken bir durumdur.

Devam eden birçok araştırma, sinir sisteminin bu sorunlarla hem davranışsal düzeyde hem de beyin ve omurilikteki sinir devrelerinin hayvanlarda tanık olduğumuz sıvı hareketlerini üretmek için bu faktörleri nasıl temsil ettiğini ve bunlarla nasıl başa çıktığını araştırmaya adamıştır.

"Optimal geri besleme kontrolü", bu hesaplama konularının etkili bir teorik çerçevesidir.

Duyu-motor geribildirimi

uyaranlara yanıt

Duyusal bir uyaranın farkına varma ve bu bilgiyi bir eylemi etkilemek için kullanma süreci aşamalar halinde gerçekleşir. Bu aşamalar hakkında bilgi ortaya çıkarmak için basit görevlerin tepki süresi kullanılabilir. Tepki süresi , uyaranın sunulduğu an ile yanıtın sonu arasındaki süreyi ifade eder. Hareket süresi , hareketi tamamlamak için geçen süredir. İlk tepki süresi deneylerinden bazıları , uyaranları işlemek ve doğru tepkiyi seçmek için gereken sürenin uzunluğunu belirlemek için bir seçim görevine tepki sürelerindeki farkı kullanan Franciscus Donders tarafından gerçekleştirildi . Bu yaklaşım nihayetinde kusurlu olsa da, tepki süresinin bir uyarıcı tanımlamasından, ardından bir tepki seçiminden oluştuğu ve nihayetinde doğru hareketin gerçekleştirilmesiyle sonuçlandığı fikrini doğurdu. Daha fazla araştırma, bu aşamaların var olduğuna, ancak mevcut seçeneklerin sayısı arttıkça herhangi bir reaksiyon süresinin yanıt seçim süresinin arttığına dair kanıtlar sağlamıştır, bu Hick yasası olarak bilinen bir ilişkidir .

Kapalı döngü kontrolü

İnsan hareketi için bir kapalı döngü sisteminin klasik tanımı Jack A. Adams'tan (1971) gelmektedir. İstenen çıktının bir referansı, hata algılama mekanizmaları aracılığıyla gerçek çıktı ile karşılaştırılır; geribildirim kullanılarak hata düzeltilir. Günlük aktivite sırasında gerçekleştirilen hareketlerin çoğu, sürekli bir duyusal bilgiye erişme ve hareketi daha doğru bir şekilde sürdürmek için kullanma süreci kullanılarak oluşturulur. Bu tip motor kontrolü, hareketleri kontrol etmek için duyusal geri beslemeye dayandığından geri besleme kontrolü olarak adlandırılır . Geri besleme kontrolü, performans hakkında duyusal bilgilere ve hareketin gerçekleştirildiği ortamdan belirli duyusal girdilere dayanan yerleşik bir motor kontrolü şeklidir. Bu duyusal girdi işlenirken mutlaka eylemin bilinçli farkındalığına neden olmaz. Kapalı döngü kontrolü , çevre üzerindeki herhangi bir eylemin, geri besleme yoluyla gelecekteki performansı etkileyen bir tür değişiklik yarattığı, geri beslemeye dayalı bir motor kontrol mekanizmasıdır. Kapalı çevrim motor kontrolü, sürekli kontrol edilen eylemler için en uygun olanıdır, ancak balistik eylemler için yeterince hızlı çalışmaz. Balistik eylemler, artık uygun olmadıklarında bile, üzerinde düşünmeden sonuna kadar devam eden eylemlerdir. Geri besleme kontrolü duyusal bilgilere dayandığından, duyusal işleme kadar yavaştır. Bu hareketler bir hız/doğruluk dengesine tabidir, çünkü hareketi kontrol etmek için duyusal işleme kullanıldığından, hareket ne kadar hızlı gerçekleştirilirse, o kadar az doğru olur.

Açık döngü kontrolü

Jack A. Adams'ın klasik tanımı şudur: “Açık döngülü bir sistemin hata düzenlemesi için geri bildirimi veya mekanizması yoktur. Bir sistem için girdi olayları etkisini gösterir, sistem kendi dönüşümünü girdi üzerinde etkiler ve sistemin bir çıktısı vardır...... Sabit zamanlamalı bir trafik ışığı, yük ağır olduğunda trafiği tıkar ve trafik yoğun olduğunda akışı engeller. ışık. Sistemin telafi edici özelliği yok.”

Bununla birlikte, bazı hareketler duyusal bilgiyi entegre etmek için çok hızlı gerçekleşir ve bunun yerine ileri besleme kontrolüne güvenmek zorundadır . Açık döngü kontrolü , motor kontrolünün ileri beslemeli bir şeklidir ve herhangi bir duyusal bilgi işlenmeden önce sona eren hızlı, balistik hareketleri kontrol etmek için kullanılır. Bu tür kontrolü en iyi şekilde incelemek için çoğu araştırma, genellikle duyu sinirleri omuriliklerinden ayrılmış kedileri veya maymunları içeren deafferentasyon çalışmalarına odaklanır. Kollarından tüm duyusal bilgileri kaybeden maymunlar, deafferentasyon prosedüründen kurtulduktan sonra normal davranışlarına geri döndüler. Becerilerin çoğu yeniden öğrenildi, ancak ince motor kontrolü çok zorlaştı. Açık döngü kontrolünün farklı hastalık koşullarına uyarlanabileceği ve bu nedenle sistemi yöneten maliyet fonksiyonelini değiştirerek farklı motor bozuklukların imzalarını çıkarmak için kullanılabileceği gösterilmiştir.

Koordinasyon

Temel bir motor kontrol sorunu, hareket üretmek için motor sisteminin çeşitli bileşenlerini birlikte hareket edecek şekilde koordine etmektir . Motor sistemi, birçok farklı organizasyon seviyesinde birbiriyle etkileşim halinde olan birçok parçadan oluşan oldukça karmaşıktır.

Periferik nöronlar, merkezi sinir sisteminden girdi alır ve kasları innerve eder. Buna karşılık, kaslar eklemleri harekete geçiren kuvvetler üretir. Parçaları bir araya getirmek, motor sistem için zorlu bir problemdir ve bu problemin nasıl çözüldüğü, motor kontrol araştırmalarında aktif bir çalışma alanıdır.

refleksler

Bazı durumlarda, motor bileşenlerin koordinasyonu, refleksler olarak adlandırılan sabit sinir-kas yollarından oluşan sabit bağlantılıdır . Refleksler tipik olarak otomatik ve sabit motor tepkiler olarak karakterize edilir ve algısal işlemeye bağlı tepkiler için mümkün olandan çok daha hızlı bir zaman ölçeğinde meydana gelirler. Refleksler, motor sistemini stabilize etmede temel bir rol oynar, küçük bozulmalar için neredeyse anında telafi sağlar ve sabit yürütme modellerini korur. Bazı refleks döngüleri, beyinden girdi almadan yalnızca omurilikten yönlendirilir ve bu nedenle dikkat veya bilinçli kontrol gerektirmez. Diğerleri alt beyin bölgelerini içerir ve önceki talimatlardan veya niyetlerden etkilenebilir, ancak algısal işleme ve çevrimiçi kontrolden bağımsız kalırlar.

En basit refleks, monosinaptik gerilme tepkisi gibi monosinaptik refleks veya kısa döngü refleksidir. Bu örnekte, Ia afferent nöronları, kasın gerilmesi nedeniyle deforme olduklarında kas iğcikleri tarafından aktive edilir . Omurilikte, bu afferent nöronlar , aynı kasın kasılmasını düzenleyen alfa motor nöronlarla doğrudan sinaps yapar . Böylece, bir kasın herhangi bir gerilmesi, herhangi bir merkezi kontrol olmaksızın, otomatik olarak o kasın refleksif bir kasılmasını işaret eder. Adından ve tanımından da anlaşılacağı gibi, monosinaptik refleksler, bir afferent duyu nöronu ile efferent motor nöron arasındaki tek bir sinaptik bağlantıya bağlıdır. Genel olarak monosinaptik reflekslerin eylemleri sabittir ve niyet veya talimatla kontrol edilemez veya etkilenemez. Bununla birlikte, bu reflekslerin kazanımının veya büyüklüğünün bağlam ve deneyimle ayarlanabileceğini öne süren bazı kanıtlar vardır .

Polisinaptik refleksler veya uzun döngü refleksleri, omurilikte birden fazla sinaptik bağlantı içeren refleks arklarıdır . Bu döngüler, beynin kortikal bölgelerini de içerebilir ve bu nedenle, daha uzun seyahat süresi nedeniyle monosinaptik muadillerinden daha yavaştır. Bununla birlikte, polisinaptik refleks döngüleri tarafından kontrol edilen eylemler, algısal işleme gerektiren eylemlerden hala daha hızlıdır. Kısa döngü reflekslerinin eylemleri sabitken, polisinaptik refleksler genellikle talimat veya önceki deneyimlerle düzenlenebilir. Uzun döngü refleksinin yaygın bir örneği, bebeklerde gözlenen asimetrik tonik boyun refleksidir .

Sinerjiler

Bir motor sinerji , (1) bir görevin bir dizi temel değişken arasında paylaşımını organize eden; ve (2) performans değişkenlerini stabilize etmek amacıyla temel değişkenler arasında ortak değişkenliği sağlar. Bir sinerjinin bileşenlerinin fiziksel olarak bağlı olması gerekmez, bunun yerine yürütülen belirli motor görev hakkındaki algısal bilgilere verdikleri yanıtla bağlanır. Sinerjiler, refleksler gibi donanıma bağlanmak yerine öğrenilir ve göreve bağlı bir şekilde organize edilir; bir sinerji, belirli bir eylem için yapılandırılır ve genellikle bileşenlerin kendileri için belirlenmez. Nikolai Bernstein , profesyonel demircilerin çekiçleme eylemlerinde iş yerinde sinerjiler sergiledi. Çekici hareketini kontrol eden kol kasları, bir kastaki hatalar ve değişkenlik diğer kasların hareketleri tarafından otomatik olarak telafi edilecek şekilde bilgisel olarak bağlantılıdır. Bu telafi edici eylemler, algısal işlemenin izin verdiği göründüğünden daha hızlı gerçekleştikleri için refleks benzeridir, ancak acemilerde değil, yalnızca uzman performansında bulunurlar. Demirciler söz konusu olduğunda, söz konusu sinerji, özellikle çekiçleme eylemleri için düzenlenmiştir ve kol kaslarının genel amaçlı bir organizasyonu değildir. Sinerjilerin göreve bağlı olmanın yanı sıra iki tanımlayıcı özelliği vardır; paylaşım ve esneklik/istikrar.

"Paylaşma", belirli bir motor görevinin yürütülmesinin, sinerjiyi oluşturan tüm bileşenlerin birleşik eylemlerine bağlı olmasını gerektirir. Çoğu zaman, belirli görev için kesinlikle gerekli olandan daha fazla bileşen söz konusudur ( aşağıdaki "Artıklık" bölümüne bakın ), ancak bu motor görevinin kontrolü yine de tüm bileşenlere dağıtılır. Katılımcıların iki farklı parmakla iki kuvvet plakasını aşağı doğru iterek sabit bir miktarda kuvvet oluşturmalarının istendiği iki parmakla kuvvet üretme görevinden basit bir gösterim gelir. Bu görevde, katılımcılar bağımsız parmakların katkılarını birleştirerek belirli bir kuvvet çıktısı ürettiler. Herhangi bir parmağın ürettiği kuvvet değişebilirken, bu varyasyon diğerinin hareketiyle sınırlandırılır, öyle ki istenen kuvvet her zaman üretilir.

Ortak varyasyon ayrıca motor görevlere "esneklik ve kararlılık" sağlar. Yine kuvvet üretme görevi düşünüldüğünde, bir parmak yeterli kuvvet üretmezse, diğeri tarafından telafi edilebilirdi. Bir motor sinerjinin bileşenlerinin, motor görevinin sonucunu etkileyebilecek diğer bileşenlerdeki hataları ve değişkenliği telafi etmek için eylemlerini değiştirmeleri beklenir. Bu, belirli görevler için birden fazla motor çözümüne izin verdiği için esneklik sağlar ve tek tek motor bileşenlerindeki hataların görevin kendisini etkilemesini önleyerek motor kararlılığı sağlar.

Sinerjiler, motor kontrolünün hesaplama zorluğunu basitleştirir. Vücuttaki sayısız serbestlik derecesini koordine etmek , hem motor sistemin muazzam karmaşıklığı hem de bu organizasyonun meydana gelebileceği farklı seviyelerden (nöral, kaslı, kinematik, uzaysal, vb.) dolayı zorlu bir problemdir. Bir sinerjinin bileşenleri belirli bir görev için işlevsel olarak eşleştiğinden, ilgili sinerjiyi tek bir sinir sinyali ile etkinleştirerek motor görevlerin yürütülmesi gerçekleştirilebilir. Tüm ilgili bileşenleri bağımsız olarak kontrol etme ihtiyacı ortadan kalkar çünkü organizasyon, bileşenlerin sistematik ortak değişkenliğinin bir sonucu olarak otomatik olarak ortaya çıkar. Reflekslerin fiziksel olarak birbirine bağlanmasına ve dolayısıyla merkezi sinir sistemi tarafından bireysel bileşenlerin kontrolünü gerektirmemesine benzer şekilde, eylemler işlevsel olarak bağlı oldukları için minimum yönetici kontrolü ile sinerjiler yoluyla yürütülebilir. Motor sinerjilerin yanı sıra, son zamanlarda duyusal sinerji terimi kullanılmaya başlandı. Duyusal sinerjinin, CNS'ye düşük boyutlu bilgi sağlamak için çevresel girdilerin karışımını entegre etmede önemli bir rol oynadığına ve böylece motor sinerjilerin işe alınmasına rehberlik ettiğine inanılmaktadır.

Sinerji, kavrama sırasında elin hareketleri gibi karmaşık hareketleri kontrol etmek için esastır. Bunların önemi hem kas kontrolü hem de kinematik alanda birçok çalışmada, son zamanlarda geniş denek gruplarını içeren çalışmalarda gösterilmiştir. El kavramaları için sinerjilerin uygunluğu, belirli kavrama grupları arasında kassal ve kinematik benzerlikler gösteren ve belirli hareket kümelerine yol açan el kavrama taksonomileri üzerine yapılan çalışmalar tarafından da desteklenmektedir.

Motor Programları

Sinerjiler, motor bileşenlerin çevresel etkileşimlerinden türetilen koordinasyonu temsil ederken, motor programlar , merkezi bir kontrolör (biyolojik organizma durumunda, beyin) tarafından oluşturulan ve yürütülen spesifik, önceden yapılandırılmış motor aktivasyon kalıplarıdır. Sinerjilerin sunduğu aşağıdan yukarıya yaklaşımdan ziyade motor koordinasyona yukarıdan aşağıya yaklaşımı temsil ederler. Motor programlar açık döngü şeklinde yürütülür, ancak duyusal bilgi büyük olasılıkla organizmanın mevcut durumunu algılamak ve uygun hedefleri belirlemek için kullanılır. Ancak, program bir kez yürütüldükten sonra, ek duyusal bilgilerle çevrimiçi olarak değiştirilemez.

Motor programların varlığına ilişkin kanıtlar, hızlı hareket yürütme çalışmalarından ve bu hareketler başlatıldıktan sonra değiştirilmesiyle ilgili zorluklardan gelir. Örneğin, kollarını hızlı sallaması istenen kişiler, hareket başlatıldıktan sonra bir "DUR" sinyali verildiğinde bu hareketi durdurmakta aşırı güçlük çekerler. Bu tersine çevirme zorluğu, durdurma sinyali ilk "GO" sinyalinden sonra, ancak hareket fiilen başlamadan önce sunulsa bile devam eder . Bu araştırma, bir motor programın seçimi ve yürütülmesi başladığında, başka bir eyleme geçilmeden önce tamamlanması gerektiğini önermektedir. Bu etki, belirli bir motor programı tarafından yürütülen hareketin gerçekleşmesi engellendiğinde bile bulunmuştur. Belirli hareketleri (kolla itme gibi) gerçekleştirmeye çalışan, ancak herhangi bir hareket gerçekleşmeden önce farkında olmadan vücutlarının hareketini durduran kişiler, aynı kas aktivasyon modellerini gösterirler (gerçekte kas hareketi oluşturmayan stabilizasyon ve destek aktivasyonu dahil). hareket) amaçlanan eylemlerini tamamlamalarına izin verildiğinde.

Motor programlar için kanıtlar ikna edici görünse de, teoriye yönelik birkaç önemli eleştiri yapılmıştır. Birincisi, depolama sorunudur. Bir organizmanın üretebileceği her hareket kendi motor programını gerektiriyorsa, o organizmanın bu tür programların sınırsız bir deposuna sahip olması gerekli görünüyor ve bunların nerede tutulacağı net değil. Böyle bir tesisin alacağı muazzam bellek gereksinimlerinin yanı sıra, beyinde henüz hiçbir motor program depolama alanı tanımlanmadı. İkinci sorun, hareketteki yenilikle ilgilidir. Belirli bir hareket için belirli bir motor programı gerekiyorsa, yeni bir hareketin nasıl üretileceği açık değildir. En iyi durumda, bir birey herhangi bir yeni hareketi herhangi bir başarıyla gerçekleştirmeden önce uygulamak zorunda kalacak ve en kötü ihtimalle, yeni hareketler için hiçbir motor program mevcut olmayacağından yeni hareketler yapamayacaktı. Bu zorluklar, genelleştirilmiş motor programlar olarak bilinen daha nüanslı bir motor program kavramına yol açmıştır . Genelleştirilmiş bir motor programı, belirli bir hareketten ziyade belirli bir eylem sınıfı için bir programdır . Bu program, çevrenin bağlamına ve organizmanın mevcut durumuna göre parametrelendirilir.

artıklık

Motor sistemini koordine etmek için önemli bir konu , motor serbestlik derecelerinin fazlalığı sorunudur . " Sinerjiler " bölümünde detaylandırıldığı gibi , birçok eylem ve hareket birden fazla şekilde yürütülebilir çünkü bu eylemleri kontrol eden işlevsel sinerjiler, eylemin sonucunu değiştirmeden birlikte değişebilir. Bu mümkündür, çünkü eylemlerin üretiminde genellikle o eylem üzerindeki fiziksel kısıtlamaların gerektirdiğinden daha fazla motor bileşen vardır. Örneğin insan kolunda, elin dünyadaki konumunu belirleyen yedi eklem vardır. Bununla birlikte, elin yerleştirilebileceği herhangi bir konumu belirtmek için yalnızca üç uzaysal boyuta ihtiyaç vardır. Bu kinematik serbestlik derecesi fazlalığı, elin herhangi bir özel konumuna karşılık gelen çoklu kol konfigürasyonları olduğu anlamına gelir.

Motor artıklık çalışması üzerine en erken ve en etkili çalışmalardan bazıları Rus fizyolog Nikolai Bernstein'dan geldi . Bernstein'ın araştırması öncelikle beceri gerektiren eylemler için koordinasyonun nasıl geliştirildiğini anlamakla ilgiliydi. Motor sisteminin fazlalığının, eylemleri ve hareketleri çok sayıda farklı şekilde gerçekleştirmeyi mümkün kılarken, eşdeğer sonuçlara ulaşmayı mümkün kıldığını gözlemledi. Motor eylemdeki bu eşdeğerlik, istenen hareketler ile bu hareketleri gerçekleştirmek için gereken motor sistemin koordinasyonu arasında bire bir eşleşme olmadığı anlamına gelir. İstenilen herhangi bir hareket veya eylem, onu mümkün kılan belirli bir nöron, kas ve kinematik koordinasyonuna sahip değildir. Bu motor denklik problemi , motor sisteminde fazladan serbestlik derecesine sahip olmanın bir ürünü olduğu için serbestlik derecesi problemi olarak bilinir hale geldi .

Motor kontrolünde algı

Dünyanın algısının eylemi nasıl yapılandırdığı sorusu, duyusal bilginin işlenmesinin hareketlerin ve eylemlerin kontrolünü nasıl etkilediği meselesiyle bağlantılı, ancak ondan farklı bir sorudur. Algı , hareketlerin ve eylemlerin düzenlenmesinde ve yürütülmesinde kullanılan nesneler, ortamlar ve bedenler hakkında ilgili bilgileri taşıdığı için motor kontrolde son derece önemlidir. Ne algılandığı ve sonraki bilgilerin motor sistemi düzenlemek için nasıl kullanıldığı, devam eden bir araştırma alanıdır.

Model tabanlı kontrol stratejileri

Çoğu model tabanlı motor kontrol stratejileri, algısal bilgilere dayanır, ancak bu bilgilerin her zaman yararlı, doğru veya sabit olmadığını varsayar. Optik bilgiler göz kırpmalarıyla kesintiye uğrar, hareket ortamdaki nesneler tarafından engellenir, bozulmalar nesne şeklinin görünümünü değiştirebilir. Modele dayalı ve temsili kontrol stratejileri, algısal bilginin yokluğunda bile eylemleri planlamak ve yürütmek için birincil kaynak bilgi olarak, algısal bilgi ve ön bilginin bir kombinasyonundan oluşturulan, çevrenin doğru iç modellerine dayanan stratejilerdir .

Çıkarım ve dolaylı algı

Algısal sistemin birçok modeli, dolaylı algıyı veya algılanan dünyanın gerçek çevreyle aynı olmadığı fikrini varsayar . Çevresel bilgi algılanmadan önce birkaç aşamadan geçmelidir ve bu aşamalar arasındaki geçişler belirsizliği beraberinde getirir. Gerçekte algılanan şey, önceki deneyimlere dayanarak çevrede neler olup bittiğine dair zihnin en iyi tahminidir. Bu fikre destek , çarpık bir odanın izleyicinin, odanın içinde hareket ettikçe büyüyen veya küçülen nesnelerin sabit bir boyutta olduğu bilinen nesneleri görmesine neden olduğu Ames odası illüzyonundan gelir . Algılayıcının karşılaştığı önceki tüm odalar bu özelliklere sahip olduğundan, odanın kendisi kare veya en azından dik açılardan oluşur. Bu belirsizliğin bir başka örneği, belirli sinir enerjileri doktrininden gelir . Doktrin, farklı duyusal girdi türleri için farklı sinir tipleri olduğu ve bu sinirlerin uyarı yönteminden bağımsız olarak karakteristik bir şekilde yanıt verdiği bulgusunu sunar. Yani kırmızı renk, beyin tarafından kırmızı rengi deneyimliyormuş gibi işlenen belirli bir düzende optik sinirlerin ateşlenmesine neden olur. Bununla birlikte, aynı sinir aynı düzende elektriksel olarak uyarılırsa, karşılık gelen uyaran olmadığında beyin kırmızı rengi algılayabilir.

İleri modeller

İleri modeller , belirli bir motor programla birleştirilmiş mevcut algısal bilgileri alan ve planlanan motor hareketin sonucunu tahmin etmeye çalışan öngörülü bir dahili motor kontrol modelidir. İleri modeller, motor bileşenlerin kuvvetlerinin, hızlarının ve konumlarının çevredeki ve bireydeki değişiklikleri nasıl etkilediğini belirleyerek eylemi yapılandırır. İleri modellerin , bireyler çevreleriyle etkileşime girdiğinde uzuv sertliğinin sinirsel kontrolüne yardımcı olduğu öne sürülmektedir . İleri modellerin, bir eylemin sonucunu tahmin etmek için motor programları girdi olarak kullandığı düşünülmektedir. İleriye dönük bir model tarafından yapılan tahminler, hareketin gerçek sonucuyla eşleşmediğinde, mevcut bir modelin güncellenmesini sağlayarak ve öğrenme için bir mekanizma sağladığında bir hata sinyali üretilir. Bu modeller, kendinizi gıdıklamanın neden imkansız olduğunu açıklıyor. Bir duyum, tahmin edilemez olduğunda gıdıklanma olarak deneyimlenir. Bununla birlikte, ileriye dönük modeller motor hareketlerinizin sonucunu tahmin eder, bu da hareketin tahmin edilebilir olduğu ve dolayısıyla gıdıklanmadığı anlamına gelir.

İleri modeller için kanıt, motor adaptasyon çalışmalarından gelir. Bir kişinin hedefe yönelik ulaşma hareketleri bir güç alanı tarafından bozulduğunda, yavaş ama istikrarlı bir şekilde, kollarının hareketini tekrar hedeflerine ulaşmalarına izin verecek şekilde uyarlar. Ancak bunu bazı üst düzey hareket özelliklerini koruyacak şekilde yaparlar; çan şeklindeki hız profilleri, elin düz bir çizgide ötelenmesi ve pürüzsüz, sürekli hareketler. Şaşırtıcı derecede farklı kol dinamikleri (yani torklar ve kuvvetler) gerektirmelerine rağmen, bu hareket özellikleri geri kazanılır. Bu iyileşme, hareketi motive eden şeyin belirli bir motor planı olduğuna ve bireyin belirli görev seviyesi özelliklerini elde etmek için kol dinamiklerinin kolun hareketini nasıl değiştirdiğini tahmin etmek için bir ileri model kullandığına dair kanıt sağlar. Beklenen kol hareketi ile gözlemlenen kol hareketi arasındaki farklar, öğrenmenin temeli olarak kullanılan bir hata sinyali üretir. İleri modeller için ek kanıtlar, deneklerin görselleştirilmemiş bir hareketin ardından bir efektörün yerini belirlemesini gerektiren deneylerden gelir.

Ters modeller

Ters modeller , istenen bir algısal sonucu elde etmek için motor bileşenlerinin gerekli hareketlerini tahmin eder. Ayrıca bir hareketin sonucunu alabilir ve bu durumla sonuçlanan motor komutlarının sırasını belirlemeye çalışabilirler. Bu tür modeller özellikle açık döngü kontrolü için kullanışlıdır ve kafa hareket ederken sabit bir nesneye sabitleme gibi belirli hareket türlerine izin verir. İleri modellerin tamamlayıcısı olan ters modeller, uygun motor planı oluşturmak için belirli bir algısal sonucun nasıl elde edileceğini tahmin etmeye çalışır. Ters modeller ve ileri model çok yakından ilişkili olduğundan, iç model çalışmaları genellikle her iki model türünün de eylemdeki rolleri için kanıt olarak kullanılır.

Bu nedenle motor adaptasyon çalışmaları, ters modeller için de geçerli. Motor hareketleri, hareketin belirli değişmez özelliklerini koruyan önceden tanımlanmış "planları" takip ediyor gibi görünmektedir. Yukarıda bahsedilen ulaşma görevinde, çan şeklindeki hız profillerinin ve pürüzsüz, düz el yörüngelerinin kalıcılığı, bu tür planların varlığına kanıt sağlar. Bu istenen görev düzeyindeki sonuçları elde eden hareketler, ters bir modelle tahmin edilir. Bu nedenle adaptasyon, ters bir modelle gerekli hareketleri tahmin etme, bu hareket planlarının sonucunu ileriye dönük bir modelle simüle etme, istenen sonuç ile gerçek sonuç arasındaki farkı gözlemleme ve modelleri gelecekteki bir girişim için güncelleme süreci olarak ilerler.

Bilgi tabanlı kontrol

Model tabanlı kontrole bir alternatif bilgi tabanlı kontroldür . Bilgisel kontrol stratejileri , dünyanın bilişsel modelleri veya temsillerinden ziyade çevreyle ilgili algısal bilgilere dayalı hareketleri ve eylemleri düzenler . Motor sistemin eylemleri, çevre hakkındaki bilgiler ve ajanın mevcut durumu hakkındaki bilgiler tarafından düzenlenir. Bilgiye dayalı kontrol stratejileri genellikle çevreyi ve organizmayı tek bir sistem olarak ele alır ve eylem bu sistemin etkileşimlerinin doğal bir sonucu olarak ilerler. Bilgiye dayalı kontrol stratejilerinin temel varsayımlarından biri, çevre algılarının bilgi açısından zengin ve eylem üretme amaçları için doğru olduğudur. Bu, modele dayalı kontrol stratejileri tarafından yapılan dolaylı algı varsayımlarına aykırıdır.

Doğrudan algı

Bilişsel anlamda doğrudan algı , naif veya doğrudan gerçekçilik felsefi kavramıyla ilişkilidir, çünkü algıladığımızın gerçekte dünyada olduğu varsayımına dayanır. James J. Gibson, doğrudan algıyı ekolojik algı olarak yeniden şekillendirmekle tanınır . Dolaylı algı sorunu, duyusal bilginin belirsizliği nedeniyle çevremizdeki nesne hakkında fiziksel bilginin mevcut olmadığını öne sürerken, doğrudan algının savunucuları (Gibson gibi) duyusal sinyallerde kodlanmış ilgili bilgilerin nesnelerin fiziksel özellikleri olmadığını öne sürerler. , daha ziyade çevrenin sağladığı eylem fırsatları. Bu olanaklar , belirsizlik olmaksızın doğrudan algılanabilir ve bu nedenle, dünyanın içsel modellerine veya temsillerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Fırsatlar, yalnızca bir etmen ile çevresi arasındaki etkileşimlerin bir yan ürünü olarak var olur ve bu nedenle algılama, tek başına failden ziyade tüm fail/çevre sistemine bağlı olan " ekolojik " bir çabadır.

İmkanlar eylem olanakları olduğu için, algı doğrudan eylem ve hareketlerin üretimiyle bağlantılıdır. Algının rolü, eylemlerin nasıl organize edilmesi ve kontrol edilmesi gerektiğini belirten bilgileri sağlamaktır ve motor sistem, belirli türdeki bilgilere belirli şekillerde yanıt vermek üzere "ayarlanmıştır". Bu ilişki aracılığıyla, motor sistemin kontrolü ve eylemlerin yürütülmesi, çevrenin bilgileri tarafından belirlenir. Örnek olarak, bir kapı geçişi "alabilir", ancak bir duvar geçemez. Bir kapıdan nasıl geçilebileceği, çevreden alınan görsel bilgilerin yanı sıra kişinin kendi bedeni hakkında algıladığı bilgilerle belirlenir. Birlikte, bu bilgi bir kapının geçiş kabiliyetini belirler, ancak bir duvar değil. Ek olarak, kapıya doğru hareket etme ve kapıdan geçme eylemi daha fazla bilgi üretir ve bu da daha fazla eylemi belirtir. Doğrudan algının sonucu, eylemler ve algıların eleştirel olarak bağlantılı olduğu ve biri olmadan diğeri tam olarak anlaşılamayacağıdır.

davranış dinamikleri

Doğrudan algı varsayımları üzerine inşa edilen davranışsal dinamikler, algısal organizmaları, işlevsel bir şekilde, bilgi değişkenlerine eylemlerle yanıt veren dinamik sistemler olarak ele alan davranışsal bir kontrol teorisidir. Bu davranış anlayışı altında, eylemler, organizmalar ve vücutla ilgili değişkenlerde belirtilen çevre hakkında mevcut bilgiler arasındaki etkileşimin doğal sonucu olarak ortaya çıkar. Davranış dinamiklerindeki araştırmaların çoğu, görsel olarak belirlenmiş bilgilerin (optik akış, temas süresi, optik genişleme, vb.) çevrede nasıl gezinileceğini belirlemek için kullanıldığı hareket üzerine odaklanmıştır. çevre , uzuv sertliğinin Nöral kontrolünde görüldüğü gibi davranış dinamiklerini de etkiler .

Ayrıca bakınız

Referanslar

36. JA Adams. Motor öğrenmenin kapalı döngü teorisi. İçinde: Motor Davranış Dergisi 3 (1971) s 111-150

37. George E. Stelmach (Ed.) Motor Kontrolü, Sorunlar ve Eğilimler . Akademik basın. New York 1976

daha fazla okuma

Sporcularda araştırma

  • Gri, Rob (2011). "Yetenekli Motor Eylemde Dikkat, Performans Baskısı ve Hareket Arasındaki Bağlantılar". Psikoloji Biliminde Güncel Yönler . 20 (5): 301–306. doi : 10.1177/0963721411416572 .
  • Mikheev, Maksim; Mohr, Christine; Afanasyev, Sergey; Landis, Theodor; Thut, Gregor (2002). "Yüksek nitelikli judo güreşçilerinde motor kontrolü ve serebral hemisfer uzmanlığı". Nöropsikoloji . 40 (8): 1209–1219. doi : 10.1016/s0028-3932(01)00227-5 . PMID  11931924 .
  • Paul, M.; Ganesan, S.; Sandhu, J.; Simon, J. (2012). "Duyusal Motor Ritim Neurofeedback'in Psiko-fizyolojik, Elektroensefalografik Ölçümler ve Okçuluk Oyuncularının Performansına Etkisi". İbnosina Tıp ve Biyomedikal Bilimler Dergisi . 4 (2): 32–39. doi : 10.4103/1947-489X.210753 .