Управление двигателем

редактировать
Эта статья о моторном контроле человека и других животных. Для управления двигателем машинами и роботами см. Контроллер двигателя.

Моторный контроль - это регулирование движений организмов, обладающих нервной системой. Моторный контроль включает рефлексы, а также направленное движение.

Чтобы контролировать движение, нервная система должна интегрировать мультимодальную сенсорную информацию (как из внешнего мира, так и из проприоцепции ) и вызывать необходимые сигналы, чтобы задействовать мышцы для достижения цели. Этот путь охватывает многие дисциплины, включая мультисенсорную интеграцию, обработку сигналов, координацию, биомеханику и познание, а вычислительные проблемы часто обсуждаются под термином сенсомоторный контроль. Успешный моторный контроль имеет решающее значение для взаимодействия с миром для достижения целей, а также для осанки, равновесия и стабильности.

Некоторые исследователи (в основном нейробиологи, изучающие движения, такие как Дэниел Вулперт и Рэнди Флэнаган ) утверждают, что именно моторный контроль является причиной, по которой мозг вообще существует.

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Нервный контроль мышц
    • 1.1 Моторные единицы и производство силы
    • 1.2 Порядок приема на работу
  • 2 Вычислительные проблемы управления моторикой
  • 3 Сенсомоторная обратная связь
    • 3.1 Реакция на раздражители
    • 3.2 Управление с обратной связью
    • 3.3 Управление разомкнутым контуром
  • 4 Координация
    • 4.1 Рефлексы
    • 4.2 Синергия
    • 4.3 Моторные программы
    • 4.4 Резервирование
  • 5 Восприятие в управлении моторикой
    • 5.1 Стратегии управления на основе моделей
      • 5.1.1 Вывод и косвенное восприятие
      • 5.1.2 Форвардные модели
      • 5.1.3 Обратные модели
    • 5.2 Информационное управление
      • 5.2.1 Прямое восприятие
      • 5.2.2 Поведенческая динамика
  • 6 См. Также
  • 7 ссылки
  • 8 Дальнейшее чтение
    • 8.1 Исследования спортсменов

Нейронный контроль мышц

Все движения, например, прикасаться к носу, требуют двигательных нейронов в огнь потенциалов действия, что приводит к сжатию мышц. У людей ~ 150 000 мотонейронов контролируют сокращение ~ 600 мускулов. Чтобы производить движения, подмножество 600 мышц должно сокращаться в точном во времени шаблоне, чтобы производить нужную силу в нужное время.

Моторные агрегаты и производство сил

Отдельный двигательный нейрон и мышечные волокна, которые он иннервирует, называются двигательной единицей. Например, прямая мышца бедра содержит примерно 1 миллион мышечных волокон, которые контролируются примерно 1000 двигательными нейронами. Активность мотонейрона вызывает сокращение всех иннервируемых мышечных волокон, так что они функционируют как единое целое. Увеличение частоты потенциала действия (частота спайков) в двигательном нейроне вызывает усиление сокращения мышечных волокон до максимальной силы. Максимальная сила зависит от сократительных свойств мышечных волокон. Внутри двигательной единицы все мышечные волокна относятся к одному типу (например, тип I (медленное сокращение) или волокна типа II (быстрое сокращение) ), а двигательные единицы нескольких типов составляют данную мышцу. Двигательные единицы данной мышцы вместе называются двигательным пулом.

Таким образом, сила, создаваемая данной мышцей, зависит от: 1) количества активных двигательных нейронов и скорости их всплесков; 2) сократительные свойства и количество мышечных волокон, иннервируемых активными нейронами. Чтобы создать больше силы, увеличьте частоту всплесков активных двигательных нейронов и / или задействуйте все более сильные двигательные единицы.

Порядок приема на работу

Двигательные единицы в моторном пуле рекрутируются в стереотипном порядке, от двигательных единиц, которые производят небольшое количество силы на спайк, до тех, которые производят наибольшее усилие на спайк. Градиент силы двигательных единиц коррелирует с градиентом размера сомы двигательного нейрона и электрической возбудимости двигательного нейрона. Эта взаимосвязь была описана Элвудом Хеннеманом и известна как принцип размера Хеннемана, фундаментальное открытие нейробиологии и организационный принцип моторного контроля.

Для задач, требующих небольших усилий, таких как постоянная корректировка позы, используются двигательные единицы с меньшим количеством мышечных волокон, которые медленно сокращаются, но менее утомляемы. По мере того, как требуется больше силы, задействуются двигательные единицы с быстро сокращающимися, быстро утомляемыми мышечными волокнами.

    High| |          _________________ Force required |         / |         | |         | |      _____________|_________________ |   __________|_______________________________ Low|__________|__________________________________________ ↑   ↑    ↑     Time Type I Recruit first Type II A  Type IIB

Вычислительные проблемы управления моторикой

Нервная система производит движение, выбирая, какие мотонейроны активируются и когда. Считается, что открытие того, что в моторном пуле существует порядок набора, отражает упрощение проблемы: если конкретная мышца должна производить определенную силу, затем активируйте моторный пул в соответствии с его иерархией набора, пока эта сила не будет произведена.

Но как тогда выбрать, какую силу создавать в каждой мышце? При решении этой проблемы нервная система сталкивается со следующими проблемами.

  1. Резервирование. Бесконечные траектории движений позволяют достичь цели (например, коснуться носа). Как выбирается траектория? Какая траектория лучше?
  2. Шум. Шум определяется как небольшие колебания, не связанные с сигналом, которые могут возникать в нейронах и синаптических связях в любой момент, от ощущения до мышечного сокращения.
  3. Задержки. Активность мотонейрона предшествует сокращению мышц, которое предшествует движению. Сенсорные сигналы также отражают события, которые уже произошли. Такие задержки влияют на выбор моторной программы.
  4. Неуверенность. Неопределенность возникает из-за нейронного шума, а также из-за того, что выводы о состоянии мира могут быть неверными (например, скорость приближающегося мяча).
  5. Нестационарность. Даже когда движение выполняется, состояние мира изменяется даже из-за таких простых эффектов, как силы реакции на остальную часть тела, вызывая перемещение сустава, когда он приводится в действие.
  6. Нелинейность. Эффекты нейронной активности и сокращения мышц очень нелинейны, что нервная система должна учитывать при прогнозировании последствий паттерна активности двигательных нейронов.

Многие текущие исследования посвящены изучению того, как нервная система справляется с этими проблемами, как на поведенческом уровне, так и того, как нейронные цепи в головном и спинном мозге представляют и справляются с этими факторами для создания плавных движений, которые мы наблюдаем у животных.

«Оптимальное управление с обратной связью» является важным теоретическим обоснованием этих вычислительных проблем.

Сенсомоторная обратная связь

Ответ на раздражители

Процесс осознания сенсорного стимула и использования этой информации для воздействия на действие происходит поэтапно. Время реакции простых задач может быть использовано для раскрытия информации об этих этапах. Время реакции относится к периоду времени между предъявлением стимула и концом ответа. Время движения - это время, необходимое для завершения движения. Некоторые из первых экспериментов по времени реакции были проведены Франсискусом Дондерсом, который использовал разницу во времени реакции на задачу выбора, чтобы определить время, необходимое для обработки стимулов и выбора правильного ответа. Хотя этот подход в конечном итоге ошибочен, он породил идею о том, что время реакции складывается из идентификации стимула, за которым следует выбор ответа, и в конечном итоге приводит к выполнению правильного движения. Дальнейшие исследования предоставили доказательства того, что эти стадии действительно существуют, но что период выбора ответа любого времени реакции увеличивается по мере увеличения числа доступных вариантов, и эта взаимосвязь известна как закон Хика.

Замкнутый контур управления

Классическое определение замкнутой системы для движения человека дано Джеком А. Адамсом (1971). Ссылка на желаемый результат сравнивается с фактическим результатом с помощью механизмов обнаружения ошибок; с помощью обратной связи ошибка исправляется. Большинство движений, которые выполняются во время повседневной деятельности, формируются с использованием постоянного процесса доступа к сенсорной информации и ее использования для более точного продолжения движения. Этот тип моторного управления называется управлением с обратной связью, поскольку он полагается на сенсорную обратную связь для управления движениями. Управление с обратной связью - это расположенная форма управления двигателем, основанная на сенсорной информации о производительности и конкретном сенсорном входе из окружающей среды, в которой выполняется движение. Этот сенсорный ввод, пока обрабатывается, не обязательно вызывает сознательное осознание действия. Управление с обратной связью - это механизм управления двигателем, основанный на обратной связи, при котором любое воздействие на окружающую среду создает какие-то изменения, которые влияют на будущую производительность через обратную связь. Управление двигателем с обратной связью лучше всего подходит для непрерывно контролируемых действий, но не работает достаточно быстро для баллистических действий. Баллистические действия - это действия, которые продолжаются до конца, даже если они больше не подходят. Поскольку управление с обратной связью основано на сенсорной информации, оно происходит так же медленно, как сенсорная обработка. Эти движения являются предметом компромисса между скоростью и точностью, поскольку для управления движением используется сенсорная обработка, и чем быстрее выполняется движение, тем менее точным оно становится.

Управление разомкнутым контуром

Классическое определение Джека А. Адамса гласит: «Система с разомкнутым контуром не имеет обратной связи или механизмов для регулирования ошибок. Входные события для системы оказывают свое влияние, система производит свое преобразование на входе, а система имеет выход... Светофор с фиксированной синхронизацией переключает трафик, когда нагрузка высока, и препятствует потоку, когда трафик свет. Система не имеет компенсирующей способности ».

Некоторые движения, однако, происходят слишком быстро, чтобы интегрировать сенсорную информацию, и вместо этого они должны полагаться на упреждающий контроль. Управление без обратной связи - это форма управления двигателем с прямой связью, которая используется для управления быстрыми баллистическими движениями, которые заканчиваются до того, как может быть обработана какая-либо сенсорная информация. Чтобы лучше изучить этот тип контроля, большинство исследований сосредоточено на исследованиях деафферентации, часто с участием кошек или обезьян, чувствительные нервы которых были отключены от спинного мозга. Обезьяны, которые потеряли всю сенсорную информацию от своих рук, возобновили нормальное поведение после восстановления после процедуры деафферентации. Большинство навыков было приобретено заново, но управлять мелкой моторикой стало очень трудно. Было показано, что управление разомкнутым контуром может быть адаптировано к различным болезненным состояниям и, следовательно, может использоваться для извлечения признаков различных двигательных расстройств путем изменения функциональной стоимости, управляющей системой.

Координация

Основная проблема управления двигателем - это координация различных компонентов двигательной системы, которые действуют в унисон для создания движения. Двигательная система очень сложна и состоит из множества взаимодействующих частей на разных организационных уровнях.

Периферические нейроны получают сигнал от центральной нервной системы и иннервируют мышцы. В свою очередь, мышцы создают силы, приводящие в действие суставы. Заставить части работать вместе - сложная проблема для двигательной системы, и то, как эта проблема решается, является активной областью исследований в исследованиях управления моторикой.

Рефлексы

В некоторых случаях координация двигательных компонентов является жесткой, состоящей из фиксированных нервно-мышечных путей, которые называются рефлексами. Рефлексы обычно характеризуются как автоматические и фиксированные двигательные реакции, и они происходят в гораздо более быстром масштабе времени, чем это возможно для реакций, зависящих от обработки восприятия. Рефлексы играют фундаментальную роль в стабилизации двигательной системы, обеспечивая почти немедленную компенсацию небольших возмущений и поддерживая фиксированные модели выполнения. Некоторые рефлекторные петли проходят исключительно через спинной мозг, не получая информации от головного мозга, и поэтому не требуют внимания или сознательного контроля. Другие затрагивают нижние области мозга и могут зависеть от предыдущих инструкций или намерений, но они остаются независимыми от обработки восприятия и онлайн-контроля.

Самый простой рефлекс - это моносинаптический рефлекс или рефлекс с короткой петлей, такой как реакция моносинаптического растяжения. В этом примере афферентные нейроны Ia активируются мышечными веретенами, когда они деформируются из-за растяжения мышцы. В спинном мозге эти афферентные нейроны синапсируют непосредственно с альфа-моторными нейронами, которые регулируют сокращение одной и той же мышцы. Таким образом, любое растяжение мышцы автоматически сигнализирует о рефлекторном сокращении этой мышцы без какого-либо центрального контроля. Как следует из названия и описания, моносинаптические рефлексы зависят от единственной синаптической связи между афферентным сенсорным нейроном и эфферентным двигательным нейроном. В целом действия моносинаптических рефлексов фиксированы и не могут контролироваться или подвергаться влиянию намерением или инструкцией. Однако есть некоторые свидетельства того, что усиление или величину этих рефлексов можно регулировать в зависимости от контекста и опыта.

Полисинаптические рефлексы или рефлексы с длинной петлей - это рефлекторные дуги, которые включают более одного синаптического соединения в спинном мозге. Эти петли также могут включать корковые области мозга и, следовательно, медленнее, чем их моносинаптические аналоги из-за большего времени прохождения. Однако действия, контролируемые петлями полисинаптических рефлексов, по-прежнему быстрее, чем действия, требующие обработки восприятия. В то время как действие рефлексов с короткой петлей фиксировано, полисинаптические рефлексы часто могут регулироваться инструкциями или предшествующим опытом. Распространенным примером рефлекса длинной петли является асимметричный тонический шейный рефлекс, наблюдаемый у младенцев.

Синергия

Моторная синергия - это нейронная организация многоэлементной системы, которая (1) организует совместное выполнение задачи между набором элементарных переменных; и (2) обеспечивает совместную вариацию между элементарными переменными с целью стабилизации переменных производительности. Компоненты синергии не обязательно должны быть связаны физически, вместо этого они связаны своей реакцией на перцептивную информацию о конкретной выполняемой двигательной задаче. Синергия усваивается, а не закрепляется, как рефлексы, и организована в зависимости от задачи; синергия структурирована для конкретного действия и не определяется в целом для самих компонентов. Николай Бернштейн отлично продемонстрировал синергию в работе профессиональных кузнецов. Мышцы руки, управляющие движением молота, связаны между собой информационным образом, так что ошибки и изменчивость в одной мышце автоматически компенсируются действиями других мышц. Эти компенсирующие действия похожи на рефлекторные в том смысле, что они происходят быстрее, чем может показаться обработка восприятия, но они присутствуют только при исполнении эксперта, а не у новичков. В случае кузнецов рассматриваемая синергия организована специально для ударов молотком и не является общей организацией мышц руки. У синергизма есть две определяющие характеристики, помимо того, что он зависит от задачи; совместное использование и гибкость / стабильность.

«Совместное использование» требует, чтобы выполнение конкретной двигательной задачи зависело от комбинированных действий всех компонентов, составляющих синергию. Часто задействовано больше компонентов, чем строго необходимо для конкретной задачи ( см. «Резервирование» ниже ), но, тем не менее, управление этой моторной задачей распределяется между всеми компонентами. Простая демонстрация происходит из задачи создания силы двумя пальцами, где участники должны создать фиксированное количество силы, надавив на две силовые пластины двумя разными пальцами. В этой задаче участники генерировали определенную выходную силу, комбинируя вклады независимых пальцев. Хотя сила, создаваемая одним пальцем, может варьироваться, это изменение ограничивается действием другого пальца, так что желаемая сила всегда генерируется.

Совместная вариация также обеспечивает «гибкость и стабильность» двигательным задачам. Возвращаясь к задаче создания силы, если один палец не создавал достаточной силы, ее можно было компенсировать другим. Ожидается, что компоненты моторной синергии изменят свое действие, чтобы компенсировать ошибки и изменчивость в других компонентах, которые могут повлиять на результат моторной задачи. Это обеспечивает гибкость, поскольку позволяет использовать несколько двигателей для решения конкретных задач, а также обеспечивает стабильность двигателя, предотвращая влияние ошибок в отдельных компонентах двигателя на саму задачу.

Синергия упрощает вычислительную сложность управления двигателем. Координация множества степеней свободы в теле - сложная проблема, как из-за огромной сложности двигательной системы, так и из-за различных уровней, на которых может происходить эта организация (нервный, мышечный, кинематический, пространственный и т. Д.). Поскольку компоненты синергии функционально связаны для конкретной задачи, выполнение двигательных задач может быть выполнено путем активации соответствующей синергии с помощью одного нейронного сигнала. Необходимость независимого управления всеми соответствующими компонентами устраняется, поскольку организация возникает автоматически как следствие систематической ковариации компонентов. Подобно тому, как рефлексы физически связаны и, следовательно, не требуют контроля отдельных компонентов со стороны центральной нервной системы, действия могут выполняться посредством синергии с минимальным исполнительным контролем, поскольку они функционально связаны. Помимо моторной синергии, недавно был введен термин сенсорная синергия. Сенсорная синергия, как полагают, играет важную роль в интеграции смеси факторов окружающей среды для предоставления низкоразмерной информации в ЦНС, тем самым управляя привлечением моторной синергии.

Синергия имеет фундаментальное значение для управления сложными движениями, например движением руки во время захвата. Их важность была продемонстрирована как для мышечного контроля, так и в кинематической области в нескольких исследованиях, в последнее время в исследованиях с участием больших групп субъектов. Актуальность синергии для ручных захватов также подтверждается исследованиями таксономии ручных захватов, показывающими мышечное и кинематическое сходство между конкретными группами захватов, что приводит к определенным группам движений.

Моторные программы

В то время как синергизм представляет собой координацию, происходящую из периферических взаимодействий моторных компонентов, моторные программы представляют собой специфические предварительно структурированные паттерны моторной активации, которые генерируются и выполняются центральным контроллером (в случае биологического организма - мозгом). Они представляют собой нисходящий подход к координации движений, а не восходящий подход, предлагаемый синергией. Моторные программы выполняются по принципу разомкнутого цикла, хотя сенсорная информация, скорее всего, используется для определения текущего состояния организма и определения соответствующих целей. Однако после того, как программа была выполнена, она не может быть изменена онлайн с помощью дополнительной сенсорной информации.

Доказательства существования моторных программ получены из исследований быстрого выполнения движений и трудностей, связанных с изменением этих движений после того, как они были начаты. Например, людям, которых просят сделать быстрые взмахи руками, чрезвычайно трудно остановить это движение, когда им дают сигнал «СТОП» после того, как движение было начато. Эта сложность разворота сохраняется, даже если сигнал остановки подается после начального сигнала «GO», но до фактического начала движения. Это исследование предполагает, что как только начинается выбор и выполнение двигательной программы, она должна быть завершена, прежде чем можно будет предпринять другое действие. Этот эффект был обнаружен даже тогда, когда движение, которое выполняется определенной моторной программой, вообще предотвращается. Люди, которые пытаются выполнить определенные движения (например, толкание рукой), но по незнанию останавливают действие своего тела до того, как какое-либо движение действительно может произойти, демонстрируют те же паттерны мышечной активации (включая активацию стабилизации и поддержки, которая на самом деле не вызывает движение), когда им позволено завершить намеченное действие.

Хотя доказательства в пользу моторных программ кажутся убедительными, в адрес теории было высказано несколько важных критических замечаний. Во-первых, это проблема хранения. Если каждое движение, которое может произвести организм, требует своей собственной двигательной программы, то для этого организма, казалось бы, необходимо иметь неограниченное хранилище таких программ, и где они будут храниться, неясно. Помимо огромных требований к памяти, которые может потребоваться такая установка, в мозге еще не обнаружено ни одной области хранения моторных программ. Вторая проблема связана с новизной в движении. Если для какого-то конкретного движения требуется конкретная двигательная программа, неясно, как можно когда-либо создать новое движение. В лучшем случае человеку пришлось бы практиковать любое новое движение, прежде чем выполнять его с каким-либо успехом, а в худшем он был бы неспособен к новым движениям, потому что для новых движений не существовало бы двигательной программы. Эти трудности привели к появлению более тонкого понятия моторных программ, известных как обобщенные моторные программы. Обобщенная двигательная программа - это программа для определенного класса действий, а не для конкретного движения. Эта программа параметризуется контекстом окружающей среды и текущим состоянием организма.

Резервирование

Важным вопросом согласования двигательной системы является проблема избыточности двигательных степеней свободы. Как подробно описано в разделе « Синергия », многие действия и движения могут быть выполнены разными способами, потому что функциональные синергии, управляющие этими действиями, могут изменяться вместе, не меняя результата действия. Это возможно, потому что в производстве действий задействовано больше моторных компонентов, чем обычно требуется физическими ограничениями на это действие. Например, человеческая рука имеет семь суставов, которые определяют положение руки в мире. Однако необходимы только три пространственных измерения, чтобы указать любое место, в которое может быть помещена рука. Этот избыток кинематических степеней свободы означает, что существует несколько конфигураций руки, которые соответствуют любому конкретному положению руки.

Некоторые из самых ранних и влиятельных работ по изучению моторной избыточности принадлежат русскому физиологу Николаю Бернштейну. Исследование Бернстайна было в первую очередь связано с пониманием того, как развивается координация умелых действий. Он заметил, что избыточность двигательной системы позволяет выполнять действия и движения множеством различных способов, достигая при этом эквивалентных результатов. Эта эквивалентность двигательного действия означает, что нет однозначного соответствия между желаемыми движениями и координацией двигательной системы, необходимой для выполнения этих движений. Любое желаемое движение или действие не имеет определенной координации нейронов, мышц и кинематики, которая делает это возможным. Эта проблема моторной эквивалентности стала известна как проблема степеней свободы, потому что она является результатом наличия избыточных степеней свободы в моторной системе.

Восприятие в управлении моторикой

Связанный, но отличный от вопроса о том, как обработка сенсорной информации влияет на управление движениями и действиями, является вопрос о том, как восприятие мира структурирует действие. Восприятие чрезвычайно важно для управления моторикой, поскольку оно несет в себе важную информацию об объектах, окружающей среде и телах, которая используется для организации и выполнения действий и движений. Что воспринимается и как последующая информация используется для организации двигательной системы - постоянная область исследований.

Стратегии управления на основе моделей

Большинство стратегий управления моторикой, основанных на моделях, полагаются на информацию о восприятии, но предполагают, что эта информация не всегда полезна, достоверна или постоянна. Оптическая информация прерывается морганием глаз, движение затрудняется объектами в окружающей среде, искажения могут изменить внешний вид формы объекта. Стратегии управления на основе моделей и репрезентации - это стратегии, основанные на точных внутренних моделях окружающей среды, построенных на сочетании перцепционной информации и предшествующих знаний, в качестве первичного источника информации для планирования и выполнения действий даже в отсутствие перцепционной информации.

Вывод и косвенное восприятие

Многие модели системы восприятия предполагают косвенное восприятие или представление о том, что воспринимаемый мир не идентичен реальной окружающей среде. Экологическая информация должна пройти несколько этапов, прежде чем будет воспринята, и переходы между этими этапами вносят неоднозначность. Фактически воспринимается лучшее предположение разума о том, что происходит в окружающей среде, основанное на предыдущем опыте. Поддержка этой идеи исходит из иллюзии комнаты Эймса, где искаженная комната заставляет зрителя видеть, как объекты, которые, как известно, имеют постоянный размер, увеличиваются или уменьшаются при перемещении по комнате. Сама комната кажется квадратной или, по крайней мере, состоящей из прямых углов, поскольку все предыдущие комнаты, с которыми сталкивался воспринимающий, обладали этими свойствами. Другой пример этой двусмысленности связан с учением об определенных нервных энергиях. Доктрина представляет собой открытие, что существуют разные типы нервов для разных типов сенсорной информации, и эти нервы реагируют характерным образом независимо от метода стимуляции. То есть красный цвет заставляет зрительные нервы срабатывать по определенному шаблону, который обрабатывается мозгом как воспринимающий красный цвет. Однако, если этот же нерв электрически стимулировать по идентичной схеме, мозг может воспринимать красный цвет при отсутствии соответствующих стимулов.

Форвардные модели

Прямые модели - это прогнозирующая внутренняя модель моторного контроля, которая использует доступную перцептивную информацию в сочетании с конкретной моторной программой и пытается предсказать результат запланированного моторного движения. Форвардные модели структурируют действие, определяя, как силы, скорости и положения компонентов двигателя влияют на изменения в окружающей среде и в человеке. Предполагается, что прямые модели помогают нейронному контролю жесткости конечностей, когда люди взаимодействуют с окружающей средой. Считается, что прямые модели используют моторные программы в качестве входных данных для прогнозирования результата действия. Сигнал ошибки генерируется, когда прогнозы, сделанные прямой моделью, не совпадают с фактическим результатом движения, что требует обновления существующей модели и предоставляет механизм для обучения. Эти модели объясняют, почему нельзя себя пощекотать. Когда оно непредсказуемо, ощущение щекотки. Однако прямые модели предсказывают результат ваших двигательных движений, то есть движение предсказуемо и, следовательно, не вызывает щекотки.

Доказательства в пользу передовых моделей получены в исследованиях двигательной адаптации. Когда целенаправленные движения человека нарушаются силовым полем, он постепенно, но неуклонно адаптирует движение руки, чтобы позволить ему снова достичь своей цели. Однако они делают это таким образом, чтобы сохранить некоторые характеристики движения высокого уровня; колоколообразные профили скорости, прямолинейное перемещение руки и плавные непрерывные движения. Эти особенности движения восстанавливаются, несмотря на то, что они требуют совершенно иной динамики руки (то есть крутящего момента и силы). Это восстановление свидетельствует о том, что движением движется конкретный двигательный план, и человек использует прямую модель, чтобы предсказать, как динамика руки изменяет движение руки для достижения определенных характеристик уровня задачи. Различия между ожидаемым движением руки и наблюдаемым движением руки создают сигнал ошибки, который используется в качестве основы для обучения. Дополнительные доказательства в пользу прямых моделей прибывают из экспериментов, которые требуют, чтобы испытуемые определяли местоположение эффектора после невидимого движения.

Обратные модели

Обратные модели предсказывают необходимые движения моторных компонентов для достижения желаемого результата восприятия. Они также могут взять результат движения и попытаться определить последовательность моторных команд, которые привели к этому состоянию. Эти типы моделей особенно полезны для управления разомкнутым контуром и учитывают определенные типы движений, такие как фиксация на неподвижном объекте во время движения головы. В дополнение к прямым моделям, обратные модели пытаются оценить, как достичь определенного результата восприятия, чтобы создать соответствующий двигательный план. Поскольку обратные модели и прямая модель так тесно связаны, исследования внутренних моделей часто используются в качестве доказательства роли обоих типов моделей в действии.

Следовательно, исследования двигательной адаптации также подтверждают обратные модели. Двигательные движения, кажется, следуют заранее определенным «планам», которые сохраняют определенные неизменяемые черты движения. В упомянутой выше достигаемой задаче наличие колоколообразных профилей скорости и гладких прямых траекторий руки свидетельствует о существовании таких планов. Движения, которые позволяют достичь желаемых результатов на уровне задачи, оцениваются с помощью обратной модели. Таким образом, адаптация происходит как процесс оценки необходимых движений с помощью обратной модели, моделирования с помощью прямой модели результатов этих планов движения, наблюдения за разницей между желаемым и фактическим результатом и обновления моделей для будущей попытки.

Информационный контроль

Альтернативой управлению на основе модели является управление на основе информации. Стратегии информационного контроля организуют движения и действия на основе воспринимаемой информации об окружающей среде, а не на когнитивных моделях или представлениях мира. Действия двигательной системы организованы по информации об окружающей среде и информации о текущем состоянии агента. Стратегии управления, основанные на информации, часто рассматривают окружающую среду и организм как единую систему, причем действие происходит как естественное следствие взаимодействий этой системы. Основное предположение стратегий управления, основанных на информации, состоит в том, что восприятие окружающей среды богато информацией и достоверно для целей производства действий. Это противоречит предположениям о косвенном восприятии, сделанным стратегиями управления на основе моделей.

Прямое восприятие

Прямое восприятие в когнитивном смысле связано с философским понятием наивного или прямого реализма в том смысле, что оно основывается на предположении, что то, что мы воспринимаем, есть то, что на самом деле существует в мире. Джеймсу Дж. Гибсону приписывают преобразование прямого восприятия в экологическое. В то время как проблема косвенного восприятия предполагает, что физическая информация об объекте в нашей среде недоступна из-за неоднозначности сенсорной информации, сторонники прямого восприятия (например, Гибсон) предполагают, что соответствующая информация, закодированная в сенсорных сигналах, не является физическими свойствами объектов., а скорее возможности действий, которые предоставляет окружающая среда. Эти аффордансы непосредственно воспринимаются без двусмысленности и, таким образом, исключают необходимость во внутренних моделях или представлениях мира. Возможности существуют только как побочный продукт взаимодействий между агентом и его окружающей средой, и, таким образом, восприятие - это « экологическое » усилие, зависящее от всей системы агент / окружающая среда, а не от отдельного агента.

Поскольку аффордансы - это возможности действия, восприятие напрямую связано с производством действий и движений. Роль восприятия заключается в предоставлении информации, которая определяет, как действия должны быть организованы и контролироваться, а двигательная система «настроена» на реакцию на определенный тип информации определенным образом. Благодаря этой взаимосвязи управление двигательной системой и выполнение действий диктуется информацией окружающей среды. Например, дверной проем «позволяет» пройти, а стена - нет. То, как можно пройти через дверной проем, определяется визуальной информацией, полученной из окружающей среды, а также информацией, воспринимаемой о собственном теле. Вместе эта информация определяет проходимость дверного проема, но не стены. Кроме того, движение к дверному проему и прохождение через него генерирует дополнительную информацию, которая, в свою очередь, определяет дальнейшие действия. Вывод прямого восприятия состоит в том, что действия и восприятия критически связаны, и одно невозможно полностью понять без другого.

Поведенческая динамика

Основываясь на предположениях о поведенческой динамике прямого восприятия, является теория управления поведением, которая рассматривает воспринимающие организмы как динамические системы, которые функционально реагируют на информационные переменные посредством действий. При таком понимании поведения действия разворачиваются как естественное следствие взаимодействия между организмами и доступной информацией об окружающей среде, которая указывается в переменных, относящихся к телу. Большая часть исследований в области поведенческой динамики сосредоточена на локомоции, где визуально определенная информация (такая как оптический поток, время контакта, оптическое расширение и т. Д.) Используется для определения того, как ориентироваться в окружающей среде Силы взаимодействия между человеком и человеком. Окружающая среда также влияет на поведенческую динамику, как видно из нейронного контроля жесткости конечностей.

Смотрите также

использованная литература

36. JA Adams. Теория замкнутого цикла моторного обучения. В: Journal of Motor Behavior 3 (1971) стр. 111-150.

37. Джордж Э. Стельмах (ред.) Управление двигателем, проблемы и тенденции. Академическая пресса. Нью-Йорк 1976

дальнейшее чтение

Исследования у спортсменов

  • Грей, Роб (2011). «Связи между вниманием, давлением исполнения и движением в умелых двигательных действиях». Современные направления психологической науки. 20 (5): 301–306. DOI : 10.1177 / 0963721411416572.
  • Михеев, Максим; Мор, Кристина; Афанасьев, Сергей; Лэндис, Теодор; Тут, Грегор (2002). «Моторный контроль и специализация полушарий головного мозга у высококвалифицированных борцов дзюдо». Нейропсихология. 40 (8): 1209–1219. DOI : 10.1016 / s0028-3932 (01) 00227-5. PMID   11931924.
  • Пол, М.; Ganesan, S.; Sandhu, J.; Саймон, Дж. (2012). «Влияние нейрофидбэка сенсорно-двигательного ритма на психофизиологические, электроэнцефалографические показатели и производительность стрелков». Журнал медицины и биомедицинских наук Ибносина. 4 (2): 32–39. DOI : 10.4103 / 1947-489X.210753.
Последняя правка сделана 2023-03-19 09:06:52
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте