Справочник вопросов и ответов
QUOR - электронный справочник

Управление моторикой - Motor control

Тег: Другие предметы

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

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

Некоторые исследователи (в основном нейробиологи, изучающие движения) утверждают, что моторный контроль - это причина, по которой мозг вообще существует.

Содержание

  • 1 Нейронный контроль мышц
    • 1.1 Двигательные единицы и производство силы
    • 1.2 Порядок набора
  • 2 Вычислительные проблемы управления двигателем
  • 3 Сенсорно-двигательная обратная связь
    • 3.1 Реакция на стимулы
    • 3.2 Управление с обратной связью
    • 3.3 Разомкнутый контур управление
  • 4 Координация
    • 4.1 Рефлексы
    • 4.2 Синергия
    • 4.3 Двигательные программы
    • 4.4 Резервирование
  • 5 Восприятие в управлении двигателем
    • 5.1 Стратегии управления на основе модели
      • 5.1.1 Вывод и косвенное восприятие
      • 5.1.2 Прямые модели
      • 5.1.3 Обратные модели
    • 5.2 Управление на основе информации
      • 5.2.1 Прямое восприятие
      • 5.2.2 Поведенческая динамика
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки
  • 8 Дополнительная литература
    • 8.1 Исследования у спортсменов

Нейронный контроль мышц

Все движения, например касаясь носа, требуется, чтобы двигательные нейроны запускали потенциалы действия, что приводит к сокращению мышц. У людей ~ 150 000 мотонейронов контролируют сокращение ~ 600 мускулов. Чтобы производить движения, подмножество 600 мышц должно сокращаться по точному во времени паттерну, чтобы производить нужную силу в нужное время.

Двигательные единицы и выработка силы

Один двигательный нейрон и мышечные волокна, которые оно 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 (частоты всплесков) в двигательном нейроне вызывает усиление сокращения мышечных волокон, вплоть 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.

Сила, производимая в данной мышце, таким образом, зависит от: 1) количества активных мотонейронов и частоты 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 набора

Двигательные единицы в двигательном пуле набираются в стереотипном порядке, от двигательных единиц, которые производят небольшое количество силы на спайк, до тех, которые производят наибольшее сила на шип. Градиент силы двигательных единиц коррелирует с градиентом размера сомы двигательного нейрона и электрической возбудимостью 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 используются силы, такие как постоянное регулирование позы, 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.

Высокий | | _________________ Требуется сила | / | | | | | _____________ | _________________ | __________ | _______________________________ Низкий | __________ | __________________________________________ ↑ ↑ ↑ Время Тип I Первый набор Тип II A Тип IIB

Вычислительные проблемы управления моторикой

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

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

  1. Избыточность. Бесконечные траектории движений позволяют достичь цели (например, коснуться носа). Как выбирается траектория? Какая траектория лучше всего?
  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. Неопределенность. 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 реактивные силы на остальную часть тела, вызывая перемещение сустава, когда он приводится в действие.
  6. Нелинейность. Эффекты нервной 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 этим. вопросы, как на поведенческом уровне, так и то, как нейронные цепи в головном и спинном мозге представляют и взаимодействуют с этими факторами, чтобы производить плавные движения, которые мы наблюдаем у животных.

«Оптимальное управление с обратной связью» - это влиятельная теоретическая основа этих вычислительных проблем.

Сенсомоторная обратная связь

Реакция на стимулы

Процесс осознания сенсорный стимул, и использование этой информации для воздействия на действие происходит поэтапно. Время реакции простых задач может быть использовано для раскрытия информации об этих этапах. Время реакции - это период времени между предъявлением стимула и концом ответа. Время движения - это время, необходимое для завершения движения. Некоторые из первых экспериментов по времени реакции были проведены Францискусом Дондерсом, который использовал разницу во времени ответа на задачу выбора, чтобы определить продолжительность времени, необходимого 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 для любого времени реакции увеличивается по мере увеличения количества доступных вариантов, эта взаимосвязь известна как закон Хика.

Управление с обратной связью

Классическое определение замкнутой системы движения человека дано Джеком А. Адамсом (1971). Ссылка на желаемый выход сравнивается с фактическим выходом с помощью механизмов обнаружения ошибок, с использованием обратной связи, ошибка исправляется. Большинство движений, которые выполняются во время повседневной активности, формируются с использованием постоянного процесса доступа к сенсорной информации и ее использования для более точного продолжения движения. Этот тип управления двигателем называется управлением с обратной связью, поскольку он основан на сенсорной обратной связи 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 осуществляется движение. Этот сенсорный ввод, хотя и 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 посредством обратной связи. 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 основывается на сенсорной информации, оно происходит так же медленно, как сенсорная обработка. Эти движения требуют 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 разомкнутого контура не имеет обратной связи или механизмов для регулирования ошибок. Входные события для системы оказывают свое влияние, система воздействует на 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 ».

Однако некоторые движения происходят слишком быстро, чтобы интегрировать сенсорную информацию, и вместо этого необходимо полагаться на управление прямой связью. 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, чьи сенсорные нервы были отключены от спинного мозга. Обезьяны, которые потеряли всю сенсорную информацию от своих рук, вернулись к нормальному поведению после восстановления после процедуры деафферентации. Большинство навыков было приобретено заново, но мелкая моторика стала очень сложной. Было показано, что управление с разомкнутым контуром может быть адаптировано к различным заболеваниям и, следовательно, может использоваться для извлечения признаков различных двигательных расстройств путем изменения функции затрат, управляющей системой.

Координация

Основной проблемой управления двигателем является координация различных компонентов двигательной системы, чтобы они действовали в унисон для создания движения. Двигательная система очень сложна и состоит из множества взаимодействующих частей на разных организационных уровнях

Периферические нейроны получают информацию 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, которые зависят 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, следовательно, 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.

Простейший 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-мотонейронами, которые регулируют сокращение той же мышцы. Таким образом, любое растяжение мышцы автоматически сигнализирует о рефлексивном 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 общем, действия моносинаптических рефлексов фиксированы и не могут контролироваться или подвергаться влиянию намерением или инструкцией. Однако есть некоторые свидетельства того, что усиление или величина этих рефлексов могут регулироваться контекстом и опытом.

Полисинаптические рефлексы или рефлексы с длинной петлей - это рефлекторные дуги, которые включают более чем единственное синаптическое соединение 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

Двигатель 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 физически связаны, 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 классно 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 в работе экспертов, а не у новичков. В случае кузнецов рассматриваемая синергия организована специально для ударов молотком, а не является общей организацией мышц руки. Синергизм имеет 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. «Избыточность» 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, надавливая на две силовые пластины двумя разными пальцами. В этой задаче участники генерировали определенную выходную силу путем объединения вкладов 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» двигательных задач. Рассматривая снова задачу создания силы, если один палец не создавал достаточной силы, она могла быть компенсирована 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 многочисленных степеней свободы в организме является сложной задачей, как из-за огромной сложности двигательной системы, так и из-за различных уровней, на которых может происходить эта организация (нервный, мышечный, кинематический, пространственные и др.). 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 в результате систематической ковариации компонентов. Подобно тому, как рефлексы физически связаны и, таким образом, 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 направляя набор моторных синергий.

Синергия имеет фундаментальное значение для управления сложными движениями, такими как движения 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 захватов руками также подтверждается исследованиями таксономии захватов руками, показывающими мышечное и кинематическое сходство между отдельными группами захватов, что приводит к определенным группам движений.

Двигательные программы

Хотя синергии представляют собой координацию, происходящую отпериферических взаимодействий моторных компонентов, моторные программы - это стандартные структурные паттерны моторной активации, которые генерируются и выполняются центральным контроллером (в случае развития организма, мозга). Они представляют собой нисходящий подход к восходящему движению, предлагаемый синергией. Моторные программы выполняются без обратной связи, хотя сенсорная информация, скорее всего, используется для текущего состояния организма и соответствующих целей. Однако после того, как программа была выполнена, ее нельзя изменить онлайн с помощью дополнительной сенсорной информации.

Доказательства существования моторных программ получены из быстрого выполнения движений и трудностей, связанных с изменением этих движений после того, как они были начаты. Например, людям, которым было трудно сделать это движение, когда им дают сигнал «СТОП» после того, как движение начато. Эта трудность разворота сохраняется, даже если сигнал подается после начального сигнала «GO», но до фактического движения. Это исследование предполагает, что как только начинается и выполнение двигательной программы, она должна быть завершена, прежде чем можно будет предпринять другое действие. Этот эффект был обнаружен даже тогда, когда движение, выполняется обычная моторная программа, вообще предотвращается. Люди, которые выполняют движение движения (например, толкать движение рукой), но по незнанию останавливают действие своего тела до того, как какое-либо движение действительно может произойти, демонстрируют те же паттерны мышечной активации. не движение вызывает), когда им позволено завершить отмеченное действие.

Доказательства использования моторных программ кажутся убедительными, в адрес теории было высказано несколько важных критических замечаний. Во-первых, это проблема хранения. Такое движение, которое может производить, требует своей собственной двигательной программы. Помимо огромных требований к памяти, которые могут потребоваться для такого объекта, в мозге обнаружено ни одной области хранения моторных программ. Вторая проблема связана с новизной в движении. Если для какого-то конкретного движения требуется определенная 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, потому что для новых движений не существовало бы двигательной программы. Эти трудности приводят к более тонкому понятию моторных программ, известному как обобщенные моторные программы . Обобщенная двигательная программа - это программа для определенного движения класса, а не для конкретного движения. Эта программа параметров контекстом окружающей среды и текущим состоянием организма.

Резервирование

Важной проблемой для нормальной двигательной системы является проблема избыточности степеней свободы двигателя. Как подробно описаны в разделе «Синергии », многие действия и действия различных видов деятельности разными способами, что функциональные синергии, эти управляющие действиями, совместно без изменения 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. Необходимо только три пространственных измерения, чтобы указать место, которое может быть помещена рука. Этот избыток кинематических степеней свободы означает, что существует несколько конфигураций руки, которые соответствуют конкретному положению руки.

Некоторые из самых ранних и влиятельных работ по изучению моторной избыточности были написаны русским физиологом Николаем Бернштейном. 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 множеством способов с достижением эквивалентных результатов. Эта эквивалентность двигательного действия означает, что нет однозначного соответствия между желаемыми движениями и координацией двигательной системы, необходимого для выполнения этих движений. Любое желаемое движение делает это возможным. Эта проблема моторной эквивалентности стала известна как проблема степеней свободы, потому что она является причиной наличия в моторной системе избыточных степеней свободы.

Восприятие в управлении моторикой

Связанный, но отличный от вопроса о том, как обработка сенсорной информации влияет на управление движениями и действиями, является вопросом о том, как восприятие мира структурирует действие. Восприятие очень важно в управлении моторикой, потому что оно использует соответствующую 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 - это текущая и постоянная область исследований.

Стратегии управления на основе моделей

Большинство стратегий управления моторикой, основанных на моделях, полагаются на перцепционную информацию, но предполагают, что эта информация не всегда полезна, достоверна или постоянна. Оптическая информация прерывается морганием глаз, движением препятствуют предметы в окружающей среде, искажения могут изменить внешний вид формы объекта. Стратегии управления на основе моделей и репрезентации - это те стратегии, которые полагаются на точные внутренние модели среды, построенные из комбинации перцепционной информации и предварительных знаний, в качестве первичной информации источника для выполнения 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 фактическая среда. Экологическая информация должна пройти несколько этапов, прежде чем будет воспринята, и переходы между этими этапами внесят неоднозначность. На самом деле воспринимается 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 объекты постоянного размера, увеличивающиеся или уменьшающиеся при перемещении в комнате. Сама комната кажется квадратной или по крайней мере, состоящей из прямых углов. Другой пример этой двусмысленности исходит из доктрины об определенных нервных энергиях. Доктрина представляет собой открытие, что существуют разные типы нервов для разных сенсорных данных, и эти нервы реагируют характерным независимо от типа стимуляции. Иными словами, красный цвет заставляет нервы срабатывать по определенному шаблону, который обрабатывается мозгом как восприятие красного цвета. Однако, если тот же нерв электрически стимулирует по идентичной схеме, мозг может воспринимать красный цвет при стимулов.

Прямые модели

Прямые модели - это прогнозирующая внутренняя модель моторного контроля, которая использует доступную перцепционную информацию в соответствии с конкретной моторной программой и пытается предсказать результат запланированного моторного движения. Форвардные модели структурируют действие, определяя, как силы, скорости и положения компонентов двигателя, влияние на окружающую среду и в человеке. Предполагается, что прямые модели помогают в нейронном контроле 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 движения, созданные с помощью прямого модели, не совпадают с фактическим результатом. Эти моделиют, 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 использовании прямых моделей получены из исследований двигательной адаптации. Когда целенаправленные движения человека нарушают силовым полем, постепенно, но неуклонно адаптирует движение руки, чтобы заставить его 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 поразительно разной динамики руки. Это восстановление руки свидетельствует о том, что движением движется конкретный двигательный план, и человек использует прямую модель, чтобы предсказать, как динамика изменяет движение для достижения характеристик уровня задачи. Различия между ожидаемым движением руки и наблюдаемым движением руки порождают сигнал ошибки, который используется в качестве основы для обучения. Дополнительное моделирование в прямых моделях предлагает модели испытываемого определения эффектора невидимого движения

Обратные модели

Обратные модели предсказывают необходимые движения моторных компонентов для достижения желаемого результата восприятия. Они могут привести к работе по состоянию моторных команд. Эти типы моделей особенно полезны для управления разомкнутым контуром и учитываются типы движений, такие как фиксация на неподвижном объекте во время движения головы. В дополнение к моделям, обратные модели попробовать, как достичь результата результата восприятия, соответствующий двигательный план. Временные модели прототипа.

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

Управление на основе информации

Альтернативой управления 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 в мире. Действия двигательной системы организованы по информации об окружающей среде и информации о текущем состоянии агента. Стратегии управления, основанные на информации, рассматривают нашу среду и как единую систему, причем действие происходит как естественное следствие взаимодействия этой системы. Основное предположение стратегий управления, основанных на информации, состоит в том, что восприятие окружающей среды богато информацией и достоверно для целей производства. Это противоречит предположениям о косвенном восприятии.

Прямое восприятие

Прямое восприятие в когнитивном смысле связано с философским понятием наивный или прямой реализм в том смысле, что оно основано на предположении, что то, что мы воспринимаем, является что на самом деле есть в мире. Джеймсу Дж. Гибсону приписывают преобразование прямого восприятия в экологическое восприятие. 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 возможности 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 / среда, а не от отдельного агента.

Поскольку аффорданс - это возможность 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 контроль над 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 о собственном теле, которую он воспринимает. 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

Построение на предположениях прямого восприятия поведенческая динамика - это теория управления поведением, которая рассматривает перцептивные организмы как динамические системы, которые реагируют на информационные переменные действиями в функционально. 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 заданная 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, о чем свидетельствует нейронный контроль жесткости конечностей.

См. также

Литература

36. J.A. Адамс. 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

Дополнительная литература

Исследования спортсменов

  • Грей, Роб (2011). «Связи между вниманием, давлением и движением в умелых двигательных действиях». Современные направления психологической науки. 20 (5): 301–306. doi : 10.1177 / 0963721411416572.
  • Михеев Максим; Мор, Кристина; Афанасьев, Сергей; Ландис, 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.; Сандху, Дж.; 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.
275