Motorická kontrola je proces, kterým lidé a zvířata organizují a provádějí své akce. V zásadě se jedná o integraci smyslových informací, jak o světě, tak o aktuálním stavu těla, k určení vhodného souboru svalových sil a aktivací kloubů, aby se vytvořil požadovaný pohyb nebo akce. Tento proces vyžaduje kooperativní interakci mezi centrální nervovou soustavou a pohybovou soustavou, a je tedy problémem zpracování informací, koordinace, mechaniky, fyziky a poznávání. Úspěšná motorická kontrola je klíčová pro interakci se světem, nejen pro určení akčních schopností, ale také pro regulaci rovnováhy a stability.
Organizace a produkce pohybu je složitý problém, proto se ke studiu motorického ovládání přistupuje z celé řady oborů, včetně psychologie, kognitivních věd, biomechaniky a neurovědy. Zatímco moderní studium motorického ovládání je stále více interdisciplinárním oborem, výzkumné otázky byly historicky definovány buď jako fyziologické nebo psychologické, podle toho, zda se zaměřuje na fyzické a biologické vlastnosti, nebo organizační a strukturální pravidla. Oblasti studia související s motorickým ovládáním jsou motorická koordinace, motorické učení a zpracování signálů.
Proces uvědomění si smyslových podnětů a využití těchto informací k ovlivnění akce probíhá ve fázích a reakční doba jednoduchých úkolů může být využita k odhalení informací o těchto fázích. Reakční doba označuje dobu mezi tím, kdy je podnět prezentován, a koncem odezvy. Doba pohybu je doba potřebná k dokončení pohybu.
Některé z prvních experimentů s reakčním časem byly provedeny Franciscusem Dondersem, který použil rozdíl v reakčních dobách na jednoduchý reakční úkol a na vybraný reakční úkol k určení doby potřebné k zpracování podnětů a výběru správné odezvy. I když je tento přístup v konečném důsledku chybný, dal vzniknout myšlence, že reakční doba se skládá z identifikace podnětu, následuje výběr odezvy a pak je proveden správný pohyb.
Další výzkum poskytl důkazy, že tato stádia existují, ale že doba selekce odezvy jakéhokoli reakčního času se zvyšuje s rostoucím počtem dostupných možností, což je vztah známý jako Hickův zákon.
Tento článek je označen od května 2013.
Většina pohybů, které jsou prováděny v průběhu denní aktivity, je tvořena kontinuálním procesem přístupu k senzorickým informacím a jejich použití k přesnějšímu pokračování v pohybu. Tento typ motorické kontroly se nazývá zpětnovazební kontrola, protože se spoléhá na senzorickou zpětnou vazbu k ovládání pohybů. Zpětná vazba je situovaná forma motorické kontroly, která se spoléhá na senzorické informace o výkonu a specifický senzorický vstup z prostředí, ve kterém je pohyb prováděn. Tento senzorický vstup, je-li zpracováván, nemusí nutně způsobovat vědomé uvědomování si činnosti. Uzavřená smyčka kontroly je mechanismus motorické kontroly založený na zpětné vazbě, kdy jakýkoli akt na prostředí vytváří nějaký druh změny, která ovlivní budoucí výkon prostřednictvím zpětné vazby. Uzavřená smyčka motorické kontroly je nejvhodnější pro kontinuálně řízené činnosti, ale nepracuje dostatečně rychle pro balistické činnosti. Balistické akce jsou akce, které pokračují až do konce, aniž by o tom přemýšlely, i když už nejsou vhodné.[citace nutná]Vzhledem k tomu, že ovládání zpětné vazby je závislé na smyslových informacích, je stejně pomalé jako smyslové zpracování. Tyto pohyby jsou předmětem kompromisu mezi rychlostí a přesností, protože smyslové zpracování je používáno k ovládání pohybu, čím rychleji je pohyb prováděn, tím je méně přesný.
Některé pohyby se však objevují příliš rychle, než aby bylo možné integrovat smyslové informace, a místo toho se musí spoléhat na řízení přívodu. Řízení v otevřené smyčce je forma řízení přívodu motoriky a používá se k řízení rychlých balistických pohybů, které končí dříve, než je možné zpracovat smyslové informace. Aby bylo možné tento typ řízení co nejlépe studovat, většina výzkumů se zaměřuje na studie deafferentace, často zahrnující kočky nebo opice, jejichž smyslové nervy byly odpojeny od míchy. Opice, které ztratily všechny smyslové informace ze svých paží, se po zotavení z deafferentační procedury vrátily k normálnímu chování. Většina dovedností byla znovu naučena, ale jemná motorika se stala velmi obtížnou.
Hlavním problémem motorické kontroly je koordinace různých složek motorického systému tak, aby působily jednotně a vytvářely pohyb. Motorický systém je velmi složitý, skládá se z mnoha vzájemně působících částí na mnoha různých organizačních úrovních. Periferní neurony přijímají vstupy z centrálního nervového systému a zesilují svaly. Svaly zase vytvářejí síly, které ovládají klouby. Přimět jednotlivé části, aby pracovaly společně, je pro motorický systém náročný problém a to, jak je tento problém vyřešen, je aktivní oblastí studia ve výzkumu motorické kontroly.
V některých případech je koordinace motorických složek pevně zapojena a skládá se z pevných neuromuskulárních drah, které se nazývají reflexy. Reflexy jsou typicky charakterizovány jako automatické a pevné motorické reakce a vyskytují se v mnohem rychlejším časovém měřítku, než je možné u reakcí závislých na percepčním zpracování. Reflexy hrají zásadní roli při stabilizaci motorického systému, poskytují téměř okamžitou kompenzaci malých poruch a udržují pevné vzorce provádění. Některé reflexní smyčky jsou vedeny výhradně přes míchu, aniž by přijímaly podněty z mozku, a proto nevyžadují pozornost ani vědomou kontrolu. Jiné zahrnují nižší mozkové oblasti a mohou být ovlivněny předchozími instrukcemi nebo záměry, ale zůstávají nezávislé na percepčním zpracování a on-line kontrole.
Nejjednodušším reflexem je monosynaptický reflex nebo reflex krátké smyčky, například monosynaptická reakce na protažení. V tomto příkladu jsou Ia aferentní neurony aktivovány svalovými spindely, když se deformují v důsledku protažení svalu. V míše se tyto aferentní neurony synapsují přímo na alfa motorické neurony, které regulují kontrakci téhož svalu. Jakékoli protažení svalu tak automaticky signalizuje reflexivní kontrakci tohoto svalu, bez jakékoli centrální kontroly. Jak název a popis napovídá, monosynaptické reflexy závisí na jediném synaptickém spojení mezi aferentním smyslovým neuronem a eferentním motorickým neuronem. Obecně jsou akce monosynaptických reflexů fixní a nemohou být řízeny nebo ovlivněny záměrem nebo instrukcí. Existují však určité důkazy, které naznačují, že zisk nebo velikost těchto reflexů mohou být upraveny kontextem a zkušeností.
Polysynaptické reflexy nebo reflexy s dlouhou smyčkou jsou reflexní oblouky, které zahrnují více než jedno synaptické spojení v míše. Tyto smyčky mohou zahrnovat i kortikální oblasti mozku, a jsou tedy pomalejší než jejich monosynaptické protějšky vzhledem k větší cestovní době. Nicméně akce řízené polysynaptickými reflexními smyčkami jsou stále rychlejší než akce, které vyžadují percepční zpracování.:171 Zatímco akce reflexů s krátkou smyčkou jsou fixní, polysynaptické reflexy mohou být často regulovány instrukcemi nebo předchozí zkušeností. Běžným příkladem reflexu s dlouhou smyčkou je asymetrický tonický krční reflex pozorovaný u kojenců.
Motorická synergie je soubor motorických součástek, jejichž aktivace je kovariální k vyvolání nějakého požadovaného pohybu nebo akce. Součásti synergie nemusí být fyzicky spojeny, ale místo toho jsou spojeny svou reakcí na percepční informace o konkrétním prováděném motorickém úkolu. Synergie se učí, spíše než aby byly pevně spojeny jako reflexy, a jsou organizovány způsobem závislým na úkolu; synergie je strukturována pro konkrétní akci a není určena obecně pro samotné součástky. Nikolaj Bernstein proslul ukázkou synergií při práci při kladivářských akcích profesionálních kovářů. Svaly na paži ovládající pohyb kladiva jsou informativně spojeny tak, že chyby a variabilita v jednom svalu jsou automaticky kompenzovány akcemi ostatních svalů. Tyto kompenzační akce jsou reflexní v tom, že probíhají rychleji, než by se při percepčním zpracování mohlo zdát, přesto jsou přítomny pouze při expertním výkonu, nikoli u nováčků. V případě kovářů je zmíněná synergie organizována speciálně pro kladivářské akce a není obecnou účelovou organizací svalů paže. Synergie mají kromě toho, že jsou závislé na úkolu, dvě definující charakteristiky: sdílení a flexibilitu/stabilitu.
„Sdílení“ vyžaduje, aby provedení konkrétního motorického úkolu záviselo na kombinovaných akcích všech složek, které tvoří součinnost. Často je zapojeno více složek, než je nezbytně nutné pro konkrétní úkol (viz „Redundance“ níže), ale řízení tohoto motorického úkolu je přesto rozděleno mezi všechny složky. Jednoduchá ukázka vychází z úkolu výroby síly dvěma prsty, kdy se po účastnících požaduje, aby vytvářeli fixní množství síly stlačením dvou silových desek dvěma různými prsty. V tomto úkolu účastníci vytvářeli konkrétní silový výstup kombinací příspěvků nezávislých prstů. Zatímco síla vytvářená kterýmkoli jedním prstem se může lišit, tato odchylka je omezena působením druhého tak, že požadovaná síla je vždy generována.
Kovariace také poskytuje motorickým úkolům „flexibilitu a stabilitu“. Zopakujeme-li úlohu tvorby síly, pokud jeden prst nevytvořil dostatečnou sílu, mohl by být kompenzován druhým. Očekává se, že součásti motorické synergie změní svou činnost, aby kompenzovaly chyby a variabilitu v jiných součástech, které by mohly ovlivnit výsledek motorické úlohy. To poskytuje flexibilitu, protože umožňuje více motorických řešení konkrétních úkolů, a poskytuje motorickou stabilitu tím, že zabraňuje chybám v jednotlivých motorických součástech, aby ovlivnily samotnou úlohu.
Synergie zjednodušují výpočetní obtížnost motorického ovládání. Koordinace četných stupňů volnosti v těle je náročný problém, a to jak kvůli ohromné složitosti motorického systému, tak kvůli různým úrovním, na kterých může k této organizaci docházet (nervové, svalové, kinematické, prostorové atd.). Protože komponenty synergie jsou funkčně spojeny pro konkrétní úkol, může být provedení motorických úkolů dosaženo aktivací příslušné synergie jediným nervovým signálem. Potřeba ovládat všechny relevantní komponenty nezávisle je odstraněna, protože organizace vzniká automaticky v důsledku systematické kovariace komponentů. Podobně jako jsou reflexy fyzicky propojeny a nevyžadují tedy ovládání jednotlivých komponentů centrálním nervovým systémem, mohou být akce prováděny prostřednictvím synergií s minimálním výkonným ovládáním, protože jsou funkčně propojeny.
Zatímco synergie představují koordinaci odvozenou z periferních interakcí motorických složek, motorické programy jsou specifické, předem strukturované motorické aktivační vzorce, které jsou generovány a prováděny centrálním regulátorem (v případě biologického organismu mozkem).:227 Představují přístup k motorické koordinaci shora dolů, spíše než přístup zdola nahoru nabízený synergiemi. Motorické programy jsou prováděny v otevřené smyčce, i když smyslové informace jsou s největší pravděpodobností použity k zachycení aktuálního stavu organismu a určení vhodných cílů. Jakmile je však program proveden, nemůže být on-line změněn dodatečnými smyslovými informacemi.
Důkazy o existenci motorických programů pocházejí ze studií rychlého provedení pohybu a obtížnosti spojené se změnou těchto pohybů po jejich iniciaci. Například lidé, kteří jsou požádáni o rychlé zhoupnutí paží, mají extrémní potíže s zastavením tohoto pohybu, pokud je jim po iniciaci pohybu poskytnut signál „STOP“. Zajímavé je, že tato obtíž s obrácením přetrvává i v případě, že je signál „STOP“ předložen po počátečním signálu „GO“, ale předtím, než pohyb skutečně začne. Tento výzkum naznačuje, že jakmile výběr a provedení motorického programu začne, musí běžet do dokončení, než může být provedena další akce. Tento účinek byl zjištěn i v případě, že pohyb, který je prováděn určitým motorickým programem, je zcela znemožněn. Lidé, kteří se pokoušejí provádět určité pohyby (například tlačení paží), ale nevědomky mají činnost svého těla zastavena dříve, než může nějaký pohyb skutečně proběhnout, vykazují stejné vzorce aktivace svalů (včetně stabilizace a podpory aktivace, která ve skutečnosti pohyb nevytváří), jako když je jim dovoleno dokončit zamýšlenou akci.
Ačkoliv se důkazy pro motorické programy zdají přesvědčivé, objevilo se několik důležitých kritik této teorie. První je problém ukládání. Pokud by každý pohyb, který by organismus mohl vytvořit, vyžadoval svůj vlastní motorický program, zdálo by se nezbytné, aby tento organismus měl neomezenou zásobárnu takových programů a kde by tyto programy byly uloženy, není jasné. Kromě obrovských paměťových požadavků, které by takové zařízení vyžadovalo, nebyla dosud identifikována žádná paměťová oblast motorických programů v mozku. Druhý problém se týká novosti v pohybu. Pokud je pro nějaký konkrétní pohyb vyžadován konkrétní motorický program, není jasné, jak by člověk kdy vytvořil nový pohyb. V nejlepším případě by každý nový pohyb musel být rozsáhle procvičován, než by mohl být s nějakým úspěchem proveden, a v nejhorším případě by žádné nové pohyby nebyly možné, protože by žádný motorický program nikdy neexistoval. Tyto obtíže vedly k diferencovanějšímu pojetí motorických programů známých jako všeobecné motorické programy.:240-257 Všeobecný motorický program je program pro určitý druh činnosti, spíše než specifický pohyb. Tento program je parametrizován kontextem prostředí a aktuálním stavem organismu.
Důležitou otázkou pro koordinaci motorického systému je problém redundance motorických stupňů volnosti. Jak je podrobně popsáno v části „Synergie“, mnoho činností a pohybů může být provedeno více způsoby, protože funkční synergie ovládající tyto činnosti jsou schopny se vzájemně lišit, aniž by se změnil výsledek činnosti. To je možné, protože při výrobě činností je zapojeno více motorických složek, než je obecně vyžadováno fyzickými omezeními této činnosti. Například lidská ruka má sedm kloubů, které určují pozici ruky ve světě. K určení jakéhokoli místa, do kterého by mohla být ruka umístěna, jsou však zapotřebí pouze tři prostorové dimenze. Tento přebytek kinematických stupňů volnosti znamená, že existuje více konfigurací paží, které odpovídají jakémukoli konkrétnímu místu ruky.
Některé z nejranějších a nejvlivnějších prací o studiu motorické redundance pocházejí od ruského fyziologa Nikolaje Bernsteina. Bernsteinův výzkum se primárně zabýval pochopením toho, jak byla vyvinuta koordinace pro kvalifikované akce. Poznamenal, že redundance motorického systému umožňuje provádět akce a pohyby mnoha různými způsoby a zároveň dosahovat rovnocenných výsledků. Tato ekvivalence v motorickém jednání znamená, že neexistuje žádná vzájemná korespondence mezi požadovanými pohyby a koordinací motorického systému potřebnými k provádění těchto pohybů. Jakýkoli požadovaný pohyb nebo akce nemá zvláštní koordinaci neuronů, svalů a kinematiky, která by to umožnila, ale místo toho Tento problém motorické ekvivalence se stal známým jako problém stupňů volnosti, protože je produktem nadbytečných stupňů volnosti dostupných v motorickém systému.
Vnímání v řízení motoru
Související, ale přesto odlišná od otázky, jak zpracování smyslových informací ovlivňuje řízení pohybů a akcí, je otázka, jak vnímání světových struktur působí. Vnímání je v motorickém řízení nesmírně důležité, protože nese relevantní informace o objektech, prostředích a tělesech, které se používají při organizování a provádění akcí a pohybů. Co je vnímáno a jak jsou následné informace využívány k organizování motorického systému, je aktuální a pokračující oblastí výzkumu.
Modelové kontrolní strategie
Inference a nepřímé vnímání
Mnoho modelů percepčního systému předpokládá nepřímé vnímání nebo představu, že svět, který je vnímán, není totožný se skutečným prostředím. Informace o životním prostředí musí projít několika fázemi, než je vnímána, a přechody mezi těmito fázemi zavádějí nejednoznačnost. To, co je skutečně vnímáno, je nejlepší odhad mysli o tom, co se děje v prostředí na základě předchozí zkušenosti. Podpora této myšlenky pochází z Amesovy pokojové iluze, kdy deformovaná místnost způsobí, že divák vidí objekty, o nichž je známo, že mají konstantní velikost, jak rostou nebo se zmenšují, jak se pohybují po místnosti. Samotná místnost je vnímána jako čtvercová, nebo alespoň sestávající z pravých úhlů, protože všechny předchozí místnosti, se kterými se vnímatel setkal, měly tyto vlastnosti. Další příklad této nejednoznačnosti pochází z doktríny specifických nervových energií. Doktrína předkládá zjištění, že existují odlišné typy nervů pro různé typy smyslových vjemů a tyto nervy budou reagovat charakteristickým způsobem bez ohledu na způsob stimulace. To znamená, že červená barva způsobí, že optické nervy zažehnou specifický vzorec, který je mozkem zpracován jako prožívání červené barvy. Pokud je však tentýž nerv elektricky stimulován v identickém vzorci, mohl by mozek vnímat červenou barvu, když nejsou přítomny žádné odpovídající podněty.
Forwardové modely jsou prediktivní interní model motorického řízení, který bere dostupné percepční informace v kombinaci s konkrétním motorickým programem a snaží se předpovědět výsledek plánovaného motorického pohybu. Forwardové modely strukturují činnost tak, že určují, jak síly, rychlosti a pozice motorických součástí ovlivní změny prostředí a jedince. Forwardové modely jsou myšleny tak, že berou motorické programy jako svůj vstup s cílem předpovědět výsledek činnosti. Chybový signál je generován, když predikce provedené forwardovým modelem neodpovídají skutečnému výsledku pohybu, což vede k aktualizaci existujícího modelu a poskytuje mechanismus pro učení. Tyto modely vysvětlují, proč není možné polechtat se. Pocit je prožíván stejně lechtivě, když je nepředvídatelný. Forwardové modely však predikují výsledek vašich motorických pohybů, což znamená, že pohyb je předvídatelný, a proto není lechtivý.
Důkazy pro dopředné modely pocházejí ze studií motorické adaptace. Když jsou cílevědomé hmatové pohyby člověka rušeny silovým polem, postupně, ale vytrvale přizpůsobují pohyb své paže, aby mohli opět dosáhnout svého cíle. Nicméně tak činí takovým způsobem, aby byly zachovány některé charakteristiky pohybu na vysoké úrovni; profily rychlosti ve tvaru zvonu, přímočarý překlad ruky a plynulé, souvislé pohyby. Tyto pohybové rysy jsou obnoveny navzdory skutečnosti, že vyžadují překvapivě odlišnou dynamiku paže (tj. točivé momenty a síly). Tato obnova poskytuje důkaz, že to, co motivuje pohyb, je určitý motorický plán a jedinec používá dopředný model k předpovědi, jak dynamika paže změní pohyb paže, aby dosáhl určitých charakteristik úkolové úrovně. Rozdíly mezi očekávaným pohybem paže a pozorovaným pohybem paže produkují chybový signál, který se používá jako základ pro učení. Další důkaz pro dopředné modely pochází z experimentů, které vyžadují, aby subjekty určily umístění efektoru po nezveřejněném pohybu
Inverzní modely předpovídají potřebné pohyby motorových komponent k dosažení požadovaného percepčního výsledku. Mohou také vzít výsledek pohybu a pokusit se určit posloupnost motorických příkazů, které vedly k tomuto stavu. Tyto typy modelů jsou zvláště užitečné pro řízení otevřené smyčky a umožňují specifické typy pohybů, jako je fixace na stacionární objekt, zatímco se hlava pohybuje. Jako pocta dopředným modelům se inverzní modely pokoušejí odhadnout, jak dosáhnout konkrétního percepčního výsledku za účelem vytvoření vhodného motorického plánu. Protože inverzní modely a dopředný model jsou tak úzce spojeny, studie interních modelů jsou často používány jako důkaz rolí obou typů modelů v akci.
Studie motorické adaptace proto také uvádějí argumenty pro existenci inverzních modelů. Zdá se, že pohyby motorů se řídí předem definovanými „plány“, které zachovávají určité invariantní rysy pohybu. Ve výše zmíněném úkolu dosažení poskytuje důkaz o existenci takových plánů přetrvávání rychlostních profilů ve tvaru zvonu a hladkých, rovných trajektorií rukou. Pohyby, které dosahují těchto požadovaných výsledků na úrovni úkolu, jsou odhadovány pomocí inverzního modelu. Adaptace proto probíhá jako proces odhadu potřebných pohybů pomocí inverzního modelu, simulace výsledku těchto plánů pohybu pomocí dopředného modelu, pozorování rozdílu mezi požadovaným výsledkem a skutečným výsledkem a aktualizace modelů pro budoucí pokus.
Alternativou k řízení založenému na modelech je řízení založené na informacích. Informační kontrolní strategie organizují pohyby a akce založené na percepčních informacích o životním prostředí, nikoli na kognitivních modelech nebo reprezentacích světa. Činy motorického systému jsou organizovány informacemi o životním prostředí a informacemi o aktuálním stavu činitele. Informační kontrolní strategie často zacházejí s životním prostředím a organismem jako s jedním systémem, přičemž akce probíhá jako přirozený důsledek interakcí tohoto systému. Základním předpokladem informačních kontrolních strategií je, že vnímání životního prostředí je bohaté na informace a je pravdivé pro účely vytváření akcí. To je v rozporu s předpoklady nepřímého vnímání, které vycházejí z modelových kontrolních strategií.
Přímé vnímání v kognitivním smyslu souvisí s filozofickým pojetím naivního nebo přímého realismu v tom, že je založeno na předpokladu, že to, co vnímáme, je to, co je ve skutečnosti ve světě. Jamesi J. Gibsonovi je připisováno přepracování přímého vnímání jako ekologického vnímání. Zatímco problém nepřímého vnímání navrhuje, že fyzická informace o objektu v našem prostředí není dostupná kvůli nejednoznačnosti smyslové informace, zastánci přímého vnímání (jako Gibson) naznačují, že relevantní informace zakódovaná ve smyslových signálech nejsou fyzické vlastnosti objektů, ale spíše možnosti akce, které prostředí poskytuje. Tyto možnosti jsou přímo vnímatelné bez nejednoznačnosti, a tím vylučují potřebu interních modelů nebo reprezentací světa. Affortance existují pouze jako vedlejší produkt interakce mezi činitelem a jeho prostředím, a tak je vnímání „ekologickým“ úsilím, závislým spíše na celém agentu/systému prostředí než na agentovi izolovaně.
Protože cenové nabídky jsou akční možnosti, je vnímání přímo spojeno s produkcí akcí a pohybů. Úlohou vnímání je poskytovat informace, které specifikují, jak by akce měly být organizovány a řízeny, a motorický systém je „naladěn“ tak, aby odpovídal konkrétnímu typu informací určitými způsoby. Prostřednictvím tohoto vztahu je ovládání motorického systému a provádění akcí diktováno informacemi prostředí. Například průchod dveřmi „umožňuje“ průchod, ale stěna nikoli. Jak by člověk mohl průchodem dveřmi projít, je specifikováno vizuálními informacemi získanými z prostředí, stejně jako informacemi vnímanými o vlastním těle. Společně tyto informace určují průchodnost dveří, ale ne stěny. Kromě toho akt pohybu směrem ke dveřím a průchodu dveřmi generuje více informací a to zase specifikuje další akci. Závěr přímého vnímání je, že jednání a vnímání jsou kriticky propojeny a jedno nelze plně pochopit bez druhého.
Vycházejíc z předpokladů přímého vnímání behaviorální dynamiky je teorie behaviorální kontroly, která zachází s percepčními organismy jako s dynamickými systémy, které reagují na informační proměnné činnostmi, a to funkčním způsobem. Podle tohoto chápání chování se činy odvíjejí jako přirozený důsledek interakce mezi organismy a dostupnými informacemi o životním prostředí, které jsou specifikovány v tělesných proměnných. Velká část výzkumu behaviorální dynamiky se zaměřila na pohyb, kde jsou vizuálně specifikované informace (jako optické proudění, čas do kontaktu, optická expanze atd.) použity k určení, jak se orientovat v životním prostředí.
Fyziologický základ řízení motoru
Každodenní úkony, například chůze do koupelny, rozhovor s jedním z přátel nebo večeře, to vše vyžaduje více svalů, které vrstevnatě uchovávají části těla, aby se správně pohybovaly, aby mohly plnit konkrétní úkony. Motorické jednotky, které se skládají z desítek, stovek nebo dokonce tisíců motorických nervových větví, jsou připojeny ke svalům. V našem těle obsahuje Rectus femoris přibližně 1 milion svalových vláken, která jsou řízena přibližně 1000 motorických nervů. V rámci jedné motorické jednotky, která může být rozdělena do kategorií typu I (pomalý záškub) nebo typu II (rychlý záškub), bude složený typ svalového vlákna konzistentní (homogenní); zatímco v rámci jednoho svalu bude existovat několik různých kombinací dvou typů motorických jednotek (heterogenních).
Existují tři základní typy svalových vláken: typ I, typ IIa a typ IIb. Jak je popsáno výše, svalová vlákna typu I jsou známa jako pomalá škubavá oxidační, typ IIa jsou rychlá škubavá oxidační a typ IIb jsou rychlá škubavá glykolytická. Tyto tři různé typy vláken se specializují na unikátní funkce. Vlákna typu I jsou popsána jako vysoká výdrž, ale nízká síla/výkon/rychlost výroby, typ IIb jako nízká výdrž, ale vysoká síla/výkon/rychlost výroby a typ IIa vlákna jsou charakterizovány mezi nimi.
Organizace nervového systému
Motorové jednotky jsou mnohočetná svalová vlákna, která jsou spojena dohromady, a když chce sportovec pohnout svým tělem, aby dosáhl určitého úkolu, mozek pak vyšle okamžitý impulsní signál, který dorazí ke konkrétní motorické jednotce přes [míchu]. Po obdržení signálu z mozku motorická jednotka stáhne svalová vlákna v rámci skupiny pro pohyb těla. V motorické jednotce nedochází k částečnému zapálení, což znamená, že jakmile je signál detekován, svaly se stáhnou na 100%. Existují však různé intenzity činností, které zahrnují buď každodenní úkoly, nebo soutěže sportovců, které vyžadují právě tu správnou sílu/sílu/rychlost, kterou sval poskytuje. Vzhledem k tomu, že motorická jednotka stáhne své vlákno na 100%, jakmile je jednou stimulována, jsou významné typy motorických jednotek, které vytvářejí různé síly/sílu/rychlost.
Typ vlákna – rychlost kontrakce – doba do maximálního výkonu – únava
I (pomalý záškub)———————–100 milisekund——–pomalu
IIA (rychlé cukání)—–rychlé——————–50 milisekund——–rychlé
IIB (rychlý záškub)—–velmi rychlý———–25 milisekund——–rychlý
Mechanismus a struktura motorové jednotky
Při úkolu s nízkou intenzitou, jako je vyzvednutí odpadu, mozek rekrutuje motorické jednotky, které seskupují menší počet svalových vláken, která jsou svalová vlákna konstruována typem I (Slow twitch), což znamená, že i smrštění na 100%, svaly nevytvoří vysoký výkon Síly/Síly/Rychlosti. Pokud jsou vlákna typu II stimulována místo úkolu s nízkou intenzitou, jednoduchý okamžik vyzvednutí odpadu vyústí v rychlý a silný pohyb, který si srazí vlastní obličej.
U úkolu Nízká intenzita se aktivují menší motorové jednotky, které mají výrazně menší počet svalových vláken ve skupině. Tyto menší motorové jednotky jsou známé jako nízkoprahové motorové jednotky. U nízkoprahových motorových jednotek se skládají z vláken typu I, která se stahují mnohem pomaleji a poskytují tak menší sílu pro každodenní základní pohyb, jako je psaní na klávesnici. S tím, jak se zvyšuje intenzita úkolu, kterou potřebujeme více sil aplikovat, abychom byli schopni úkol dokončit, se na situaci podílí stále více motorových jednotek, zejména svalových vláken typu II. Tyto rychlé záškuby motorových jednotek jsou známé jako vysokoprahové motorové jednotky. Hlavní rozdíl mezi nízkoprahovými motorovými jednotkami (nebo pomalou záškubovou motorovou jednotkou) a vysokoprahovými motorovými jednotkami (nebo rychlou záškubovou motorovou jednotkou) je ten, že motorová jednotka s vysokým prahem ovládá více svalových vláken nebo jsou tyto buňky (vlákna) ve srovnání s nízkoprahovou motorovou jednotkou větší. Na druhou stranu hlavní rozdíl mezi svalovým vláknem s pomalými záškuby (typ I) a svalovým vláknem s rychlými záškuby (typ II) má stejnou teorii velikostních odchylek.
Během činnosti zvedání těžkých předmětů, jako je cvičení s činkou, se nejen rekrutují nízkoprahové motorové jednotky, ale také vysokoprahové motorové jednotky, aby kompenzovaly síly potřebné k pouhému držení vidličky, v níž energie vytvořená nízkoprahovými motorovými jednotkami postačuje k dokončení práce. Při zadání práce tělo nejprve rekrutuje motorické jednotky s pomalými záškuby následované rekrutováním více motorických jednotek s rychlými záškuby, jak síly potřebné k dokončení pohybů narůstají. Když tedy tělo musí nést extrémně masivní předmět, rekrutovalo by všechny dostupné motorové jednotky, aby uzavřely kontrakt pro konkrétní sval, který byl použit.
Typ vlákna (typ I vs typ II) je řízen nervovým systémem. Mozek je centrálním informačním centrem, které vyslalo signál k nervům, že nervy ovládají a spojují motorické jednotky. U dvou různých přítomných motorických jednotek jej tělo přijímá s dvěma různými nervy, aby je ovládalo. Rychlé pohybové motorické jednotky jsou řízeny rychlými pohybovými nervy, zatímco pomalé pohybové motorické jednotky jsou řízeny pomalými pohybovými nervy.
V laboratoři byl nerv z motorické jednotky, který je připojen k pomalému škubavému svalovému vláknu, nahrazen nervem, který je určen pro rychlé škubavé vlákno. Kupodivu se pomalé škubavé vlákno chovalo identicky jako rychlé škubavé vlákno. Oproti tomu, pokud byl proces obrácený, rychlé škubavé vlákno fungovalo také jako pomalé škubavé vlákno. Nervy se však nemohou přeměnit z rychlých motorických nervů na pomalé motorické nervy a naopak.
V mnoha sportovních pohybech se délka určité akce obvykle pohybuje do 200 milisekund a z výše uvedených grafů vyplývá, že čas do dosažení maximálního výkonu jednotlivých svalových vláken každého typu (I,IIA,IIB) má dostatečný čas k dosažení maximálního výkonu výroby. Nabízí se tak otázka, jaká je převaha většího počtu vláken typu II?
To může být zdokumentováno, když analyzujete velkou skupinu sportovců pro výkon při vertikálním skoku a jejich provedení pro vertikální skok. Sportovci s rychlejším cukáním vláken (typ II) mění během svého pohybu rychleji směr, například z levého do pravého směru, a mají tendenci používat menší ohyb kolena. Tyto výsledky mohou být potvrzeny svalovou biopsií a dokonce i speciální analýzou silových desek. To neznamená, že sportovci s nižším rychlým cukáním vláken nemohou skákat výš, ale mají tendenci to dělat o něco pomaleji a s hlubším ohybem kolena.
Přestože vysoké procento vláken typu II dává člověku rychlejší pohyb, není pochyb o tom, že nervový systém a mozek je důležitější pro ovlivnění výkonu.
Ve většině případů je skutečným limitem výkonnosti sportovců počet motorických jednotek, které jejich nervový systém dokáže v krátké době nabrat, a množství sil (velikost svalových vláken) poskytovaných těmito motorickými jednotkami. Výkon je jen zřídka ovlivněn typem svalového vlákna (pomalý záškub nebo rychlý), které bylo zkonstruováno na motorické jednotky. Nervový systém určuje stupeň motorické jednotky aktivované při sportovních aktivitách.
Normálně trvá 0,4 – 0,6 sekundy, než nervový systém aktivuje dostupné svalové motorické jednotky ke kontrakci, stejně dlouhá doba prokazuje maximální sílu nebo sílu. Nicméně, vertikální skok aktivita trvá pouze 0,2 sekundy k provedení. Proto faktor stanovení výkonu je v rozmezí 0,2 sekundy, kolik dostupných svalových motorických jednotek lze rekrutovat pro kontrakci, ale kolik rychlých cukajících vláken v těle. jako výsledek, sportovec postrádající rychlá cukající vlákna má lepší kontrolu nad nervovým systémem, který rekrutoval všechny rychlá cukající vlákna v těle, sportovec má tendenci mít lepší výkon ve srovnání se sportovcem s menší kontrolou nervového systému, zatímco s větším počtem rychlých cukajících vláken.
Shora mohou lidé značně zvýšit svou sílu, aniž by se zvýšila velikost jejich svalů, protože tělo se stává efektivnější při náboru svalů a střelby synchronizace.