Координация и моторная интеграция

Координация — это организация множества мышц и суставов тела в единое функциональное движение, а моторная интеграция — это объединение сенсорной информации и множества эффекторов в плавное, целенаправленное действие. Вместе они описывают, как нервная система справляется с многочисленными степенями свободы тела для производства умелых, своевременных движений.

Definition

Моторная координация — это процесс, посредством которого многочисленные степени свободы тела ограничиваются и организуются в единое, целенаправленное движение; моторная интеграция — это объединение сенсорной информации и множества эффекторов в согласованное действие.

Scope

Эта тема охватывает проблему степеней свободы, идею мышечных синергий и координационных структур, динамику межконечностной координации и интеграцию сенсорной информации с движением. Это справочно-образовательный обзор того, как организуется координированное движение, а не руководство по оценке или лечению проблем координации у человека.

Core questions

• Как нервная система уменьшает и организует множество степеней свободы тела в координированное движение?
• Как мышцы группируются в синергии и насколько гибки эти группировки?
• Как сопряженные движения, такие как движения двух рук, организуются в стабильные координационные паттерны?

Key concepts

• Проблема степеней свободы
• Мышечные синергии и координационные структуры
• Межконечностная координация
• Динамика координации и стабильность
• Неконтролируемое многообразие (моторное изобилие)
• Сенсомоторная интеграция
• Синхронизация и плавность движений

Key theories

Проблема степеней свободы и координационные структуры

Бернштейн утверждал, что независимое управление каждым суставом и мышцей невыполнимо, поэтому координация достигается путем организации мышц в функциональные группы (синергии или координационные структуры), которые уменьшают количество переменных, которые нервная система должна регулировать.

Динамика координации и неконтролируемое многообразие

Координированное движение описывается как самоорганизующаяся динамическая система с предпочтительными стабильными паттернами и переходами между ними, в то время как концепция неконтролируемого многообразия показывает, что нервная система стабилизирует переменные, относящиеся к задаче, допуская при этом изменчивость среди элементов, которые не влияют на задачу.

Mechanisms

Координация рассматривается как решение проблемы степеней свободы Бернштейна: вместо того чтобы управлять каждой мышцей по отдельности, нервная система организует мышцы в синергии или координационные структуры, которые действуют как функциональные единицы (Бернштейн, 1967; Тёрви, 1990). Исследования ритмичных движений двумя руками показывают, что сопряженные конечности устанавливаются в небольшом числе стабильных координационных паттернов и резко переключаются между ними по мере увеличения скорости, что является характерным поведением самоорганизующейся динамической системы (Келсо, 1984). Подход неконтролируемого многообразия (uncontrolled manifold) далее показывает, что нервная система жестко контролирует комбинации элементов, которые важны для задачи, допуская при этом изменчивость в комбинациях, которые не имеют значения, рассматривая избыточность тела как ресурс (моторное изобилие), а не как проблему, которую необходимо устранить (Шольц, 1999). Реабилитация рассматривает координацию как организованное, обучаемое свойство движения (Шумвей-Кук, 2017).

Clinical relevance

Концепции координации и моторной интеграции помогают физиотерапевтам описывать качество движения, его синхронизацию и то, как несколько суставов или конечностей работают вместе, помимо силы отдельных мышц. Эта тема объясняет, как организуется координированное движение, в качестве основы для интерпретации данных; она не предписывает оценку или лечение проблем координации для какого-либо конкретного человека.

Evidence & guidelines

Тема основана на науке о моторном контроле, а не на клинических рекомендациях. Основные источники включают анализ координации Бернштейна (1967), динамические описания межконечностной координации (Келсо, 1984; Тёрви, 1990) и концепцию неконтролируемого многообразия (Шольц и Шонер, 1999), с реабилитационной основой в Шумвей-Кук и Вуллакотт (2017).

History

Работа Николая Бернштейна в середине XX века переосмыслила координацию как овладение избыточными степенями свободы тела — проблема, которая формировала эту область на протяжении десятилетий. С 1980-х годов исследователи динамических систем, такие как Келсо и Тёрви, изучали координацию как самоорганизующееся формирование паттернов, а концепция неконтролируемого многообразия позже предоставила способ количественной оценки того, как нервная система использует моторную избыточность для стабилизации задач.

Debates

Является ли моторная избыточность проблемой или ресурсом?

Бернштейн рассматривал изобилие степеней свободы как проблему управления, которую необходимо уменьшить, тогда как точка зрения неконтролируемого многообразия рассматривает то же изобилие как ресурс, который нервная система использует для поддержания стабильности задач, оставаясь при этом гибкой.

Key figures

• Nikolai Bernstein
• Michael Turvey
• J. A. Scott Kelso
• John Scholz
• Gregor Schoner

Seminal works

• bernstein-1967
• kelso-1984
• scholz-1999
• turvey-1990

Frequently asked questions

Что такое проблема степеней свободы в моторном контроле?

Человеческое тело имеет гораздо больше независимо движущихся суставов и мышц, чем требуется для выполнения любой отдельной задачи, поэтому нервная система сталкивается с проблемой выбора среди множества возможных способов выполнения движения. Координация — это процесс организации этих многочисленных степеней свободы в единое функциональное действие.

Что такое мышечная синергия?

Мышечная синергия — это группа мышц, которые нервная система активирует вместе как функциональную единицу. Организация движения через небольшой набор синергий уменьшает количество переменных, которые необходимо контролировать, что помогает объяснить, как эффективно производится координированное движение.