Kiểm soát vận động và Chuyển động

Kiểm soát vận động là nghiên cứu về cách hệ thần kinh tổ chức các cơ và khớp thành chuyển động có mục đích, và cách chuyển động đó được lập kế hoạch, thực hiện và điều chỉnh trong thời gian thực. Trong hoạt động trị liệu, đây là chức năng cơ thể làm nền tảng cho việc vươn tới, nắm bắt, thao tác vật thể, tư thế và di chuyển, và nó được kiểm tra để hiểu tại sao hành động của một người lại không chính xác, chậm chạp hoặc tốn nhiều công sức trong các công việc hàng ngày.

Definition

Kiểm soát vận động là tập hợp các quá trình thần kinh, vật lý và hành vi mà qua đó hệ thần kinh trung ương xác định, thực hiện và liên tục điều chỉnh chuyển động của cơ thể và các chi để đạt được một mục tiêu.

Scope

Chủ đề này bao gồm các nguyên tắc thần kinh và hành vi của chuyển động tự nguyện và tư thế như một năng lực ở cấp độ cá nhân: lập kế hoạch vận động, kiểm soát theo cơ chế truyền thẳng (feedforward) và phản hồi (feedback), học tập và thích nghi vận động, và sự đóng góp của các mạch vỏ não, tiểu não, hạch nền và tủy sống. Nó coi kiểm soát vận động là một chủ đề tham chiếu liên quan đến hiệu suất hoạt động, không phải là một giao thức để đánh giá hoặc điều trị bất kỳ cá nhân nào.

Core questions

• Hệ thần kinh biến đổi mục tiêu dự định thành một mô hình hoạt động cơ bắp phối hợp như thế nào?
• Kiểm soát truyền thẳng (dự đoán) và phản hồi (điều chỉnh) được kết hợp như thế nào trong quá trình chuyển động?
• Tín hiệu lỗi thúc đẩy sự thích nghi và học tập vận động như thế nào?
• Sự đóng góp của vỏ não, tiểu não, hạch nền và tủy sống khác nhau như thế nào về vai trò của chúng?

Key concepts

• Lập kế hoạch và lập trình vận động
• Kiểm soát truyền thẳng và phản hồi
• Thích nghi và học tập vận động
• Vấn đề bậc tự do
• Bộ tạo mẫu trung tâm
• Kiểm soát tư thế và thăng bằng
• Phối hợp và hiệp đồng

Key theories

Mô hình nội tại và dự đoán cảm giác

Hệ thống vận động được cho là học các mô hình nội tại (truyền thẳng) dự đoán các hậu quả cảm giác của một chuyển động; sự khác biệt giữa phản hồi dự đoán và thực tế là một lỗi dự đoán thúc đẩy cả việc điều chỉnh trực tuyến và thích nghi theo từng lần thử.

Kiểm soát phản hồi tối ưu

Chuyển động có thể được coi là giải pháp cho một vấn đề tối ưu hóa, trong đó bộ điều khiển giảm thiểu một chi phí (chẳng hạn như nỗ lực và lỗi) trong khi chỉ điều chỉnh những sai lệch quan trọng đối với mục tiêu nhiệm vụ, tính đến sự biến thiên và nguyên tắc can thiệp tối thiểu.

Mechanisms

Chuyển động có định hướng mục tiêu được tạo ra bởi một mạng lưới phân tán: vỏ não vận động và tiền vận động xác định các thông số chuyển động, hạch nền đóng góp vào việc lựa chọn và điều chỉnh hành động, tiểu não tinh chỉnh thời gian và dự đoán các hậu quả cảm giác, và các mạch tủy sống bao gồm các bộ tạo mẫu trung tâm tạo ra đầu ra nhịp nhàng và phản xạ. Trong quá trình chuyển động, hệ thống so sánh phản hồi cảm giác dự đoán và thực tế; lỗi phát sinh hỗ trợ điều chỉnh trực tuyến nhanh chóng và, qua các lần lặp lại, thích nghi của mô hình nội tại cơ bản. Các mô tả kiểm soát phản hồi tối ưu giải thích cách bộ điều khiển điều chỉnh các lỗi liên quan đến nhiệm vụ trong khi dung thứ sự biến thiên không đe dọa mục tiêu.

Clinical relevance

Hiểu biết về kiểm soát vận động giúp các nhà lâm sàng mô tả và lý giải các vấn đề chuyển động cản trở các hoạt động, chẳng hạn như suy giảm khả năng vươn và nắm sau đột quỵ hoặc khó khăn trong việc sử dụng tay phối hợp. Mục này giải thích khoa học đằng sau những quan sát đó như một tài liệu tham khảo; nó không kê đơn các công cụ đánh giá, liều lượng tập luyện hoặc điều trị cho bất kỳ cá nhân nào.

Evidence & guidelines

Hầu hết cơ sở bằng chứng ở đây mang tính cơ chế và lý thuyết hơn là dựa trên hướng dẫn: các bài đánh giá tổng hợp các nghiên cứu hành vi và sinh lý thần kinh về sự thích nghi, kiểm soát tối ưu và mạch điện của sự di chuyển và phối hợp. Các sách giáo khoa chuyển dịch tóm tắt cách các nguyên tắc này thông báo lý luận phục hồi chức năng mà không cam kết một giao thức duy nhất.

History

Công trình nghiên cứu thế kỷ XX đã chuyển từ các quan điểm dựa trên phản xạ và phân cấp về chuyển động sang các mô tả hệ thống và động lực học, trong đó kiểm soát được phân tán và xuất hiện từ sự tương tác của hệ thần kinh, cơ thể và nhiệm vụ. Bước ngoặt tính toán của những năm 1990 và 2000 đã giới thiệu các mô hình nội tại, dự đoán cảm giác và các công thức kiểm soát phản hồi tối ưu, hiện đang định hình phần lớn cách hiểu về học tập và thích nghi vận động.

Debates

Mức độ chuyển động là dự đoán hay phản ứng?

Các quan điểm khác nhau về trọng số tương đối của các mô hình nội tại truyền thẳng và phản hồi cảm giác trực tuyến; các quan điểm hiện tại coi hai yếu tố này được tích hợp liên tục, với sự cân bằng của chúng thay đổi theo nhiệm vụ, tốc độ và sự không chắc chắn.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa kiểm soát vận động và học tập vận động là gì?

Kiểm soát vận động đề cập đến cách hệ thần kinh tạo ra và điều chỉnh một chuyển động tại thời điểm đó, trong khi học tập vận động đề cập đến những thay đổi tương đối lâu dài trong khả năng đó đến từ việc luyện tập và từ việc thích nghi với các lỗi dự đoán theo thời gian.

Tại sao kiểm soát vận động lại liên quan đến hoạt động trị liệu?

Bởi vì việc vươn tới, nắm bắt, thao tác vật thể và duy trì tư thế đều phụ thuộc vào chuyển động phối hợp; hiểu biết về kiểm soát vận động giúp giải thích tại sao các thành phần này của các hoạt động hàng ngày bị suy giảm và làm thế nào chúng có thể thay đổi theo việc luyện tập.