Физиология человека (том 1) (947485), страница 47

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 47)

4.2.6. Координация движений Термин «координация» происходит от латинского сооп)!пабо— взаимоупорядоченне. Под координацией движений понимают процессы согласования активности мышц тела, направленные на успешное выполнение двигателъной задачи. Для центральной нервной сисгемы обьектом управления является опорно-двигательный аппарат.

Своеобразие скелетно-мышечной системы заключается в том, что она состоит из большого числа звенъев, подвижно соединенных в суставах, допускающих поворот одного звена относнтелыю другого. Суставы могут позволять звеньям поворачиваться относительно одной, двух или трех осей, т.

е. обладать одной, двумя или тремя степенями свободы. Чтобы в трехмерном пространстве досгичь любой заданной точки (в пределах длины конечности), достаточно иметь двухзвенную конечносп с двумя степенямн свободы в прокснмальном суставе («плече») и одной степенью свободы в дистальном («локтевом»). На самом деле конечности имеют большее число звеньев н степеней свободы. Поэтому, если бы мм захотели решить геометрическую задачу о том, как должны нзменятъся углы в суставах, для того чтобм рабочая точка конечности переместилась иэ одного заданного полшкения в пространстве в другое, мы обнаружили бы, что эта задана имеет бесконечное множество решений.

Чтобы кинематическая цепь совершала ну:кное двюкение, необходимо исключить те степени свободы, которые для данного движения являются избыточными. Этого можно достичь двумя способами: !) можно зафиксировать избыточные степени свободы путем одновременной активации антагонистических групп мышц (коактивация); 2) можно связать движения в разных суставах определеннымн соотношениями, уменъшнв таким образом число независимых переменных, с которыми должна «иметь дело» центральная нервная система. Такие устойчивые сочетания одновременных движений в несколъких сусгавах, направленных на достижение единой цели, получнлн название синереий. Весьма своеобразны и «двигатели», используемые в живом организме.

Скелегные мышцы представляют собой эластомеры с нелинейной зависимостъю развиваемой силы от частоты активации. При этом развитие силн автоматически сопрововошется изменениями упругости н вязкости мышцы. Кроме того, как известно, напряжение мышцы зависит от ее длины (угла в суставе) и скорости удлинения или укорочения. Сложность управления движениями в суставах при помощи мышц усугубляется еще и тем, что на каждую степень свободы, как правило, приходится больше одной пары мышц.

При этом многие мышцы являются лвухсуставными, т. е. действуют не на один, а на два сустава. Поэтому, например, сгибанне пальцев шз руки невозможно без одновременной активации разгибателей кисти, препятствующих действию сгибзтелей пальцев в лучезапястном сочленении. Формы участия мышц в осуществлении двигательных актов весьма многообразны. Анатомическая классификация мыпщ (например, сгибатели и разгибателн, синергисты и антагонисты) не всегда соответствуют их функциональной роли в движениях.

Так, некоторые двухсуставные мыпщы в одном суставе осуп(ествляют сгибание, а в другом — разгибание. Антагонист может возбуждаться одновременно с агонистом для обеспечения точности движения, и его участие помогает выполнять двигательную задачу. В связи с зтнм, учитывая функциональный аспект координации, в квкдом коикрепюм двигателъном акте целесообразно выделить основную мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты), антагонисты н стабилизаторы (мышцы, фиксирующие, не участвующие в движении суставы).

Роль мышц не ограничивается генерацией силы, антагонисты и стабилизаторы часто функционируют в режиме растяжения под нагрузкой. Этот режим используется для плавного торможения двюкений, амортизации толчков. На конечный результат движения влишот не только силы, развиваемые мышцами, но и силы немышечного происхолщения, К ним относятся силы инерции, создаваемые массами звеньев тела, вовлекаемых в движение, а тишке силы реакции, возникающие в кннематических цепях при смещении любого из звеньев. Движение смещает различные звенья тела друг относительно друга и меняет конфигурацию тела, а следовательно, по ходу движения изменяются моменты упомянутых снл. Вследствие изменения суставных углов меняются и моменты мышечных сил.

На ход движения влияет и масса звеньев тела; моменты сил тоже изменяются в процессе движения нз-за изменения ориентации звеньев относительно вектора силы тяжести. В практической деятельности человек вступает во взаимодействие с предметами внешнего мира — различными инструментами, перемещаемыми грузамн н т.д., и ему приходится преодолевать силы тяжести, упругости, трения, инерции, возникающие в процессе этого взаимодействия. Немышечные силы вмешиваются в процесс движения и делают необходимым непрерывное согласование с нами деятельности мышечного аппарата.

Необходимо также нейтралязовывзть действие непредвиденных помех дви:кению, которые могут возникать во внешней среде, и оперативно исправлять допущенные в ходе реализации движения ошибки. В связи с перечисленными особенностями скелетно-мышечной системы н условиями ее взаимодействия с внешним миром, управление движениями оказывается немыслимым без решения задачи согласования активности большого числа мыящ.

Характер зтого согласования зависит от двигательной задачи. Так, если нужно взять стакан с водой, то для формирования такого движения централъная нервная система должна располагать информацией о положении стакана относителъно тела и о исходном положении руки. Однако, поскольку мы хотим, чтобы это движение Рис. бдт. Рввливвцие про«земны письме рваными Шуппвми мьпеп (по Н. А.

Бериппбйну) . ! — нар»ель»а« сзюрспнсь пель»ам» прелей рук»„"2 — «арапкам улсрннмлтте зубам»; 3 кара»лаю прнкраплсн к пансу бате»ка прааай нюн:  — каракасы улсрннеастса пальце»» лююй злит». От»саке ззасютабе «несу «аллик факс»»»лс — у с».

было успешным, кисть заранее раскрылась на величину, соответсувующую размеру стакана, чтобы сгнбатели пальцев сжимали стакан с силой, достаточной для прелотвращения проскальзывания, чтобы приложенная сила была щктаточной для плавного подъема, но не вызывала резкого отрыва, чтобы ориентация стакана в кисти после захвата зсе время была вертикальной, т. е. чтобы реализация движения соответствовали двигательной задаче, то необходимы не только данные о пространственных соотношениях, но н разные сведения о свойствах объекта манипулирования. Многие из этих сведений не могут быть получены в ходе самого движения посредством обратных связей, а должны быть заложены в программу предстоящего движения нз этапе его планирования.

Предполагают, что двигательная память содержит обобщенные классы двигательных программ, из числа которых в соответствии с двигательной задачей выбирается нужная. Эта программа модифицируется применителню к конкретной ситуации: однотипные движения могут выполняться быстрее или медленнее, с болыпей или меньшей амплитудой. Одна и та же программа может быть реализована разными наборами мышц. В качестве примера иа рис. 4.17 приведены образцы почерка при написании слова «координация» правой и левой рукой, а также карандашом, зажатым в зубах, или прикрепленным к носку ботинка.

размышление над этим примером приводит нас к взвоюму выводу о том, что уровень планирования движения н уровень его исполнения не совпадают, иначе говоря, система управления движениямн является многоуровневой. Действнтелыю, произвольное пространст- За венно ориентированное дшакение планируется в терминах трехмернаго эвклидового пространства: вверх — вниз, вперед — вазед, вправо — влево. Для выполнения этого плана необходимо перевести планируемые линейные перемещения в соатветствуюгдие угловые переменные (изменения суставных углов), определить, какие мышечные моменты необходимы для этих угловых перемещений, и, наконец, сформировать двигательные команды, которые вызовут активацию мышц, дающую необходимые значения моментов. В планировании, преобразовании и исполнении двигательной программы участвуют различные структуры нервной системы, организованные по иерархическому принципу.

Двигзтелъная программа мо1кет быть реализована различными спосабамн. В простейшем случае централышя нервная система посылает заранее сформированную последователыюсть команд к мышцам, не подвергающуюся во время реализации никакой коррекции. В этом случае говорят о рвзамкмутой сисгнеме управления. Такой способ управления используется при осуществлении быстрых, так называемых баллистических движений.

Чаще всего ход осуществления движения сравнивается с его планом на основе сигналов, поступающих от многочисленных рецепторов, н в реализуемую программу внасвтся необхшшмые коррекции — это замкнутая система уп)»явления с аа)чинными связями. Однако н такое управление имеет свои недостатки. Вследствие относительно малой скорости проведения сигналов, значительных задержек в центральном звене обратной связи и времени, необходнммх для развития усилия мышцей после приходя активирукяцей посылки, коррекция движения по сигналу обратной связи может запаздывать.

Поэтому во многих случаях целесообразно реагировать не на отклонение от плана двюкения, а на сама внешнее воамущение еще до того, как оно успело вызвать эта отклонение. Такое управление называют управлением ло возмрщению, В осуществлении координации движений участвуют все отделы централъной нервной системы — от спинного мозга до кары большого мозга. У человека двигательные функции достигли наивысшей сложности в результате перехода к прямостовнию н прямахо;кдению (что осложнило задачу поддержания равновесия), специализации передних конечностей для совершения тонких дви;кений, использования двигательного аппарата для коммуникации (речь, письмо). В управление движениями человека включены высшие формы деятелъности мозга, связанные с сознанием, чта дало основание называть соответствующие движения произвольными.

На спинальном уровне протекают лишь простейшие координация, тем не менее спинной мозг мажет осуществлять доволыю обширные функции, вплоть до вспннального шагания» у животных (Ч. Шеррингюн). Нервные механизмы ствола мозга существенно обогащают двнгателъный репертуар, обеспечивая координацию правильной установки тела в пространстве за счет шейных и лабиринтных рефлексов (Р. Магнус) и нормалъного распределения мышечного тонуса. Важная роль в координации движений принадлел:ит мозжечку.

Характеристики

Список файлов книги