การประสานงานและการบูรณาการการเคลื่อนไหว

การประสานงานคือการจัดระเบียบกล้ามเนื้อและข้อต่อจำนวนมากของร่างกายให้เป็นการเคลื่อนไหวเชิงหน้าที่เดียว และการบูรณาการการเคลื่อนไหวคือการรวมข้อมูลทางประสาทสัมผัสและตัวกระตุ้นหลายตัวเข้าเป็นการกระทำที่ราบรื่นและมุ่งเป้าหมายเข้าด้วยกัน ทั้งสองสิ่งนี้กล่าวถึงว่าระบบประสาทควบคุมระดับความเป็นอิสระจำนวนมากของร่างกายอย่างไรเพื่อสร้างการเคลื่อนไหวที่มีทักษะและถูกจังหวะเวลา

Definition

การประสานงานการเคลื่อนไหวคือกระบวนการที่ระดับความเป็นอิสระหลายระดับของร่างกายถูกจำกัดและจัดระเบียบให้เป็นการเคลื่อนไหวที่เป็นหนึ่งเดียวและมุ่งเป้าหมาย; การบูรณาการการเคลื่อนไหวคือการรวมข้อมูลทางประสาทสัมผัสและตัวกระตุ้นหลายตัวเข้าเป็นการกระทำที่สอดคล้องกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมปัญหาองศาความเป็นอิสระ แนวคิดเรื่องการทำงานร่วมกันของกล้ามเนื้อและโครงสร้างการประสานงาน พลวัตของการประสานงานระหว่างแขนขา และการบูรณาการข้อมูลทางประสาทสัมผัสกับการเคลื่อนไหว เป็นภาพรวมเชิงอ้างอิงและให้ความรู้เกี่ยวกับวิธีการจัดระเบียบการเคลื่อนไหวที่ประสานกัน ไม่ใช่แนวทางในการประเมินหรือรักษาปัญหาการประสานงานในแต่ละบุคคล

Core questions

• ระบบประสาทลดและจัดระเบียบระดับความเป็นอิสระจำนวนมากของร่างกายให้เป็นการเคลื่อนไหวที่ประสานกันได้อย่างไร?
• กล้ามเนื้อถูกจัดกลุ่มเป็นการทำงานร่วมกันอย่างไร และการจัดกลุ่มเหล่านี้มีความยืดหยุ่นเพียงใด?
• การเคลื่อนไหวที่เชื่อมโยงกัน เช่น การใช้สองมือ จัดระเบียบเป็นรูปแบบการประสานงานที่มั่นคงได้อย่างไร?

Key concepts

• ปัญหาองศาความเป็นอิสระ
• การทำงานร่วมกันของกล้ามเนื้อและโครงสร้างการประสานงาน
• การประสานงานระหว่างแขนขา
• พลวัตของการประสานงานและเสถียรภาพ
• Uncontrolled manifold (ความอุดมสมบูรณ์ของการเคลื่อนไหว)
• การบูรณาการประสาทสัมผัสและการเคลื่อนไหว
• จังหวะเวลาและความราบรื่นของการเคลื่อนไหว

Key theories

ปัญหาองศาความเป็นอิสระและโครงสร้างการประสานงาน

เบิร์นสไตน์แย้งว่าการควบคุมข้อต่อและกล้ามเนื้อแต่ละส่วนอย่างอิสระเป็นเรื่องที่ทำได้ยาก ดังนั้นการประสานงานจึงทำได้โดยการจัดระเบียบกล้ามเนื้อให้เป็นกลุ่มการทำงาน (การทำงานร่วมกันหรือโครงสร้างการประสานงาน) ที่ลดจำนวนตัวแปรที่ระบบประสาทต้องควบคุม

พลวัตของการประสานงานและ Uncontrolled Manifold

การเคลื่อนไหวที่ประสานกันถูกอธิบายว่าเป็นระบบพลวัตที่จัดระเบียบตัวเอง โดยมีรูปแบบที่มั่นคงที่ต้องการและการเปลี่ยนผ่านระหว่างรูปแบบเหล่านั้น ในขณะที่กรอบ Uncontrolled Manifold แสดงให้เห็นว่าระบบประสาททำให้ตัวแปรที่เกี่ยวข้องกับงานมีเสถียรภาพ ในขณะที่อนุญาตให้มีความแปรปรวนในหมู่องค์ประกอบที่ไม่ส่งผลกระทบต่องาน

Mechanisms

การประสานงานถูกกำหนดให้เป็นวิธีแก้ปัญหาองศาความเป็นอิสระของเบิร์นสไตน์: แทนที่จะสั่งการกล้ามเนื้อแต่ละส่วนแยกกัน ระบบประสาทจะจัดระเบียบกล้ามเนื้อให้ทำงานร่วมกันเป็นกลุ่ม (synergies) หรือโครงสร้างการประสานงานที่ทำหน้าที่เป็นหน่วยการทำงาน (Bernstein 1967; Turvey 1990) การศึกษาการเคลื่อนไหวแบบจังหวะด้วยสองมือแสดงให้เห็นว่าแขนขาที่เชื่อมโยงกันจะเข้าสู่รูปแบบการประสานงานที่มั่นคงจำนวนน้อย และสลับไปมาระหว่างรูปแบบเหล่านั้นอย่างกะทันหันเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นพฤติกรรมเฉพาะของระบบพลวัตที่จัดระเบียบตัวเอง (Kelso 1984) แนวทาง Uncontrolled Manifold ยังแสดงให้เห็นว่าระบบประสาทควบคุมการรวมกันขององค์ประกอบที่สำคัญสำหรับงานอย่างเข้มงวด ในขณะที่อนุญาตให้มีความแปรปรวนในการรวมกันที่ไม่สำคัญ โดยถือว่าความซ้ำซ้อนของร่างกายเป็นทรัพยากร (motor abundance) มากกว่าปัญหาที่ต้องกำจัด (Scholz 1999) การฟื้นฟูบำบัดถือว่าการประสานงานเป็นคุณสมบัติของการเคลื่อนไหวที่จัดระเบียบและเรียนรู้ได้ (Shumway-Cook 2017)

Clinical relevance

แนวคิดของการประสานงานและการบูรณาการการเคลื่อนไหวช่วยให้นักกายภาพบำบัดสามารถอธิบายคุณภาพการเคลื่อนไหว จังหวะเวลา และวิธีการทำงานร่วมกันของข้อต่อหรือแขนขาหลายส่วน นอกเหนือจากความแข็งแรงของกล้ามเนื้อแต่ละส่วน หัวข้อนี้อธิบายว่าการเคลื่อนไหวที่ประสานกันถูกจัดระเบียบอย่างไรเพื่อเป็นพื้นฐานในการตีความหลักฐาน; ไม่ได้กำหนดการประเมินหรือการรักษาปัญหาการประสานงานสำหรับแต่ละบุคคล

Evidence & guidelines

หัวข้อนี้มีพื้นฐานมาจากวิทยาศาสตร์การควบคุมการเคลื่อนไหวมากกว่าแนวทางปฏิบัติทางคลินิก แหล่งข้อมูลพื้นฐานประกอบด้วยการวิเคราะห์การประสานงานของเบิร์นสไตน์ (1967) คำอธิบายเชิงพลวัตของการประสานงานระหว่างแขนขา (Kelso 1984; Turvey 1990) และกรอบ Uncontrolled Manifold (Scholz & Schoner 1999) โดยมีกรอบการฟื้นฟูบำบัดใน Shumway-Cook & Woollacott (2017)

History

งานของ Nikolai Bernstein ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 ได้ปรับเปลี่ยนแนวคิดของการประสานงานเป็นการควบคุมระดับความเป็นอิสระที่ซ้ำซ้อนของร่างกาย ซึ่งเป็นปัญหาที่กำหนดทิศทางของสาขาวิชานี้มานานหลายทศวรรษ ตั้งแต่ทศวรรษ 1980 นักวิจัยระบบพลวัต เช่น Kelso และ Turvey ได้ศึกษาการประสานงานในฐานะการก่อตัวของรูปแบบที่จัดระเบียบตัวเอง และกรอบ Uncontrolled Manifold ในเวลาต่อมาได้ให้วิธีการวัดปริมาณว่าระบบประสาทใช้ประโยชน์จากความซ้ำซ้อนของการเคลื่อนไหวอย่างไรเพื่อทำให้งานมีเสถียรภาพ

Debates

ความซ้ำซ้อนของการเคลื่อนไหวเป็นปัญหาหรือทรัพยากร?

เบิร์นสไตน์กำหนดความอุดมสมบูรณ์ขององศาความเป็นอิสระว่าเป็นปัญหาการควบคุมที่ต้องลดลง ในขณะที่มุมมองของ Uncontrolled Manifold ถือว่าความอุดมสมบูรณ์เดียวกันนั้นเป็นทรัพยากรที่ระบบประสาทใช้ประโยชน์เพื่อรักษางานให้มีเสถียรภาพในขณะที่ยังคงมีความยืดหยุ่น

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

ปัญหาองศาความเป็นอิสระในการควบคุมการเคลื่อนไหวคืออะไร?

ร่างกายมนุษย์มีข้อต่อและกล้ามเนื้อที่เคลื่อนไหวได้อย่างอิสระมากกว่าที่งานเดียวต้องการมาก ดังนั้นระบบประสาทจึงเผชิญกับปัญหาในการเลือกระหว่างวิธีที่เป็นไปได้มากมายในการเคลื่อนไหว การประสานงานคือกระบวนการจัดระเบียบองศาความเป็นอิสระจำนวนมากเหล่านี้ให้เป็นการกระทำเชิงหน้าที่เดียว

การทำงานร่วมกันของกล้ามเนื้อคืออะไร?

การทำงานร่วมกันของกล้ามเนื้อคือกลุ่มของกล้ามเนื้อที่ระบบประสาทกระตุ้นพร้อมกันเป็นหน่วยการทำงาน การจัดระเบียบการเคลื่อนไหวผ่านชุดของการทำงานร่วมกันจำนวนน้อยช่วยลดจำนวนตัวแปรที่ต้องควบคุม ซึ่งช่วยอธิบายว่าการเคลื่อนไหวที่ประสานกันถูกสร้างขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพได้อย่างไร