การควบคุมการเคลื่อนไหวและการเคลื่อนที่

การควบคุมการเคลื่อนไหวคือการศึกษาว่าระบบประสาทจัดระเบียบกล้ามเนื้อและข้อต่อให้เป็นการเคลื่อนไหวที่มีจุดมุ่งหมายอย่างไร และการเคลื่อนไหวนั้นได้รับการวางแผน ดำเนินการ และแก้ไขแบบเรียลไทม์อย่างไร ในกิจกรรมบำบัด การควบคุมการเคลื่อนไหวเป็นหน้าที่ของร่างกายที่เป็นพื้นฐานของการเอื้อม การจับ การจัดการวัตถุ ท่าทาง และการเคลื่อนที่ และมีการตรวจสอบเพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใดการกระทำของบุคคลจึงไม่แม่นยำ ช้า หรือต้องใช้ความพยายามมากเกินไปในระหว่างงานประจำวัน

Definition

การควบคุมการเคลื่อนไหวคือชุดของกระบวนการทางระบบประสาท ทางกายภาพ และทางพฤติกรรมที่ระบบประสาทส่วนกลางกำหนด ดำเนินการ และแก้ไขการเคลื่อนไหวของร่างกายและแขนขาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมหลักการทางระบบประสาทและพฤติกรรมของการเคลื่อนไหวโดยสมัครใจและการเคลื่อนไหวเพื่อรักษาสมดุลในฐานะความสามารถระดับบุคคล: การวางแผนการเคลื่อนไหว, การควบคุมแบบป้อนไปข้างหน้าและป้อนกลับ, การเรียนรู้และการปรับตัวของการเคลื่อนไหว, และการมีส่วนร่วมของวงจรคอร์เทกซ์, ซีรีเบลลัม, เบซัลแกงเกลีย และไขสันหลัง หัวข้อนี้ถือว่าการควบคุมการเคลื่อนไหวเป็นหัวข้ออ้างอิงที่เกี่ยวข้องกับสมรรถนะทางอาชีพ ไม่ใช่เป็นระเบียบวิธีสำหรับการประเมินหรือการรักษาบุคคลใดบุคคลหนึ่ง

Core questions

• ระบบประสาทเปลี่ยนเป้าหมายที่ตั้งใจไว้ให้เป็นรูปแบบกิจกรรมของกล้ามเนื้อที่ประสานกันได้อย่างไร?
• การควบคุมแบบป้อนไปข้างหน้า (คาดการณ์) และแบบป้อนกลับ (แก้ไข) ถูกรวมเข้าด้วยกันในระหว่างการเคลื่อนไหวได้อย่างไร?
• สัญญาณข้อผิดพลาดขับเคลื่อนการปรับตัวและการเรียนรู้ของการเคลื่อนไหวได้อย่างไร?
• การมีส่วนร่วมของคอร์เทกซ์, ซีรีเบลลัม, เบซัลแกงเกลีย และไขสันหลัง มีบทบาทแตกต่างกันอย่างไร?

Key concepts

• การวางแผนและการเขียนโปรแกรมการเคลื่อนไหว
• การควบคุมแบบป้อนไปข้างหน้าและป้อนกลับ
• การปรับตัวและการเรียนรู้ของการเคลื่อนไหว
• ปัญหาองศาอิสระ (Degrees-of-freedom problem)
• ตัวสร้างรูปแบบส่วนกลาง (Central pattern generators)
• การควบคุมท่าทางและการทรงตัว
• การประสานงานและการทำงานร่วมกัน (synergies)

Key theories

แบบจำลองภายในและการคาดการณ์ทางประสาทสัมผัส

ระบบการเคลื่อนไหวถูกคิดว่าเรียนรู้แบบจำลองภายใน (แบบป้อนไปข้างหน้า) ที่คาดการณ์ผลลัพธ์ทางประสาทสัมผัสของการเคลื่อนไหว; ความแตกต่างระหว่างการตอบสนองที่คาดการณ์ไว้และที่เกิดขึ้นจริงคือข้อผิดพลาดในการคาดการณ์ที่ขับเคลื่อนทั้งการแก้ไขแบบออนไลน์และการปรับตัวแบบลองผิดลองถูก

การควบคุมแบบป้อนกลับที่เหมาะสมที่สุด

การเคลื่อนไหวสามารถถูกกำหนดให้เป็นการแก้ปัญหาการปรับให้เหมาะสมที่สุดที่ตัวควบคุมลดต้นทุน (เช่น ความพยายามและข้อผิดพลาด) ในขณะที่แก้ไขเฉพาะความเบี่ยงเบนที่สำคัญต่อเป้าหมายของงาน โดยคำนึงถึงความแปรปรวนและหลักการแทรกแซงน้อยที่สุด

Mechanisms

การเคลื่อนไหวที่มุ่งเน้นเป้าหมายถูกสร้างขึ้นโดยเครือข่ายที่กระจายตัว: คอร์เทกซ์สั่งการและพรีมอเตอร์กำหนดพารามิเตอร์การเคลื่อนไหว, เบซัลแกงเกลียมีส่วนช่วยในการเลือกและการปรับขนาดการกระทำ, ซีรีเบลลัมปรับปรุงจังหวะเวลาและคาดการณ์ผลลัพธ์ทางประสาทสัมผัส, และวงจรไขสันหลังรวมถึงตัวสร้างรูปแบบส่วนกลาง (central pattern generators) สร้างผลลัพธ์ที่เป็นจังหวะและการสะท้อนกลับ ในระหว่างการเคลื่อนไหว ระบบจะเปรียบเทียบการตอบสนองทางประสาทสัมผัสที่คาดการณ์ไว้และที่เกิดขึ้นจริง; ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นจะสนับสนุนการแก้ไขอย่างรวดเร็วแบบออนไลน์ และเมื่อทำซ้ำหลายครั้ง จะเกิดการปรับตัวของแบบจำลองภายในที่อยู่เบื้องหลัง บัญชีการควบคุมแบบป้อนกลับที่เหมาะสมที่สุด (optimal-feedback-control accounts) อธิบายว่าตัวควบคุมแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับงานได้อย่างไร ในขณะที่ยอมรับความแปรปรวนที่ไม่เป็นอันตรายต่อเป้าหมาย

Clinical relevance

การทำความเข้าใจการควบคุมการเคลื่อนไหวช่วยให้แพทย์สามารถอธิบายและให้เหตุผลเกี่ยวกับปัญหาการเคลื่อนไหวที่รบกวนกิจกรรมต่างๆ เช่น การเอื้อมและการจับที่บกพร่องหลังภาวะหลอดเลือดสมอง หรือความยากลำบากในการใช้มือที่ประสานกัน บทความนี้อธิบายวิทยาศาสตร์เบื้องหลังการสังเกตการณ์ดังกล่าวเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง; ไม่ได้กำหนดเครื่องมือประเมิน ปริมาณการออกกำลังกาย หรือการรักษาสำหรับบุคคลใดบุคคลหนึ่ง

Evidence & guidelines

ฐานข้อมูลหลักฐานส่วนใหญ่ในที่นี้เป็นเชิงกลไกและเชิงทฤษฎีมากกว่าที่จะขับเคลื่อนด้วยแนวทางปฏิบัติ: บทความทบทวนสังเคราะห์การศึกษาทางพฤติกรรมและทางสรีรวิทยาประสาทของการปรับตัว การควบคุมที่เหมาะสมที่สุด และวงจรของการเคลื่อนที่และการประสานงาน ตำราเรียนเชิงประยุกต์สรุปว่าหลักการเหล่านี้แจ้งเหตุผลในการฟื้นฟูสมรรถภาพอย่างไรโดยไม่ยึดติดกับระเบียบวิธีเดียว

History

งานในศตวรรษที่ 20 เปลี่ยนจากมุมมองการเคลื่อนไหวที่อิงกับการสะท้อนกลับและลำดับชั้นไปสู่บัญชีระบบและพลวัตที่การควบคุมมีการกระจายตัวและเกิดขึ้นจากการปฏิสัมพันธ์ของระบบประสาท ร่างกาย และงาน การเปลี่ยนแปลงทางคอมพิวเตอร์ในช่วงทศวรรษ 1990 และ 2000 ได้นำเสนอแบบจำลองภายใน การคาดการณ์ทางประสาทสัมผัส และสูตรการควบคุมแบบป้อนกลับที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งปัจจุบันเป็นกรอบความคิดส่วนใหญ่ในการทำความเข้าใจการเรียนรู้และการปรับตัวของการเคลื่อนไหว

Debates

การเคลื่อนไหวส่วนใหญ่เป็นการคาดการณ์เทียบกับการตอบสนองมากน้อยเพียงใด?

บัญชีต่างๆ แตกต่างกันในเรื่องน้ำหนักสัมพัทธ์ของแบบจำลองภายในแบบป้อนไปข้างหน้าและการตอบสนองทางประสาทสัมผัสแบบออนไลน์; มุมมองปัจจุบันถือว่าทั้งสองถูกรวมเข้าด้วยกันอย่างต่อเนื่อง โดยความสมดุลของทั้งสองจะเปลี่ยนไปตามงาน ความเร็ว และความไม่แน่นอน

Key figures

• Reza Shadmehr
• John Krakauer
• Karl Friston
• Anne Shumway-Cook

Seminal works

• shadmehr-2010
• friston-2011
• kiehn-2006

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการควบคุมการเคลื่อนไหวและการเรียนรู้การเคลื่อนไหวคืออะไร?

การควบคุมการเคลื่อนไหวหมายถึงวิธีที่ระบบประสาทสร้างและแก้ไขการเคลื่อนไหวในขณะนั้น ในขณะที่การเรียนรู้การเคลื่อนไหวหมายถึงการเปลี่ยนแปลงที่ค่อนข้างยั่งยืนในความสามารถนั้นที่มาจากการฝึกฝนและการปรับตัวเข้ากับข้อผิดพลาดในการคาดการณ์เมื่อเวลาผ่านไป

เหตุใดการควบคุมการเคลื่อนไหวจึงเกี่ยวข้องกับกิจกรรมบำบัด?

เนื่องจากการเอื้อม การจับ การจัดการวัตถุ และการรักษาสมดุลล้วนขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวที่ประสานกัน; การทำความเข้าใจการควบคุมการเคลื่อนไหวช่วยอธิบายว่าเหตุใดองค์ประกอบเหล่านี้ของกิจกรรมประจำวันจึงบกพร่องและสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างไรด้วยการฝึกฝน