Motorický program je abstraktní reprezentace pohybu, která centrálně organizuje a kontroluje mnoho stupňů volnosti při provádění akce (Schmidt a Lee, 2005 s. 182). Signály přenášené eferentními a aferentními cestami umožňují centrálnímu nervovému systému předvídat, plánovat nebo řídit pohyb. Důkazy pro koncept motorických programů zahrnují následující (Schmidt a Lee, 2005 s. 182):
Tím se nemá podceňovat význam zpětnovazebních informací, pouze se používá jiná úroveň kontroly nad rámec zpětnovazebních informací (Schmidt a Lee, 2005):
Teorie otevřené a uzavřené smyčky
Hypotéza řetězení odpovědí
Hypotéza řetězení odezvy neboli reflexní řetězení, navržená Williamem Jamesem (1890), byla jedním z prvních popisů kontroly pohybu. Tato hypotéza otevřené smyčky předpokládala, že pohyby vyžadují pozornost pouze pro zahájení první akce (Schmidt a Lee, 2005 s. 165). Jako takový byl každý následující pohyb automaticky spouštěn odezvou vyvolanou aferentní informací ze svalů. Ačkoli je do tohoto procesu zapojena zpětná vazba, probíhající pohyby nemohou být změněny, pokud dojde k neočekávaným změnám v prostředí; zpětná vazba není porovnávána s nějakou interně generovanou referenční hodnotou pro kontrolu chyb. Nicméně výzkum zahrnující hluchá zvířata (Taub a kol., 1975) a lidi (Rothwell a kol., 1982) naznačuje, že zpětná vazba není pro pohyb nutná, tudíž hypotéza řetězení odezvy poskytuje neúplný popis kontroly pohybu.
Na rozdíl od hypotézy řetězení odezvy v otevřené smyčce Adamova teorie uzavřené smyčky naznačila, že zpracování aferentních informací je ústředním prvkem motorické kontroly člověka (Adams, 1971). Adamsova teorie uzavřené smyčky je založena na základním výzkumu motorického učení, který se zaměřil na pomalé, odstupňované, lineární lokalizační úlohy, které zahrnovaly detekci chyb a jejich opravu za účelem splnění cílů. K naučení pohybu je nutný „motorický program“ skládající se ze dvou stavů paměti (tj. paměťová stopa a percepční stopa). Paměťová stopa (ekvivalent paměťové vzpomínky ve verbálním učení) iniciuje motorický pohyb, volí jeho počáteční směr a určuje nejranější části pohybu. Posílení paměťové stopy vyplývá z praxe a zpětné vazby o výsledku pohybu (viz motorické učení). Kromě toho se percepční stopa (obdoba rozpoznávací paměti ve verbálních úlohách) podílí na navádění končetiny do správné polohy po trajektorii. Toho je dosaženo porovnáním příchozí zpětné vazby s percepční stopou, která vzniká ze smyslových následků končetiny, která je v minulých zkušenostech ve správném/nesprávném koncovém bodu. V případě chyby se končetina upraví tak, aby pohyb odpovídal cíli akce. Důležité je, že čím přesnější je pohyb, tím užitečnější je percepční stopa, která se shromažďuje a uchovává.
I když tato teorie představovala důležitý skok vpřed ve výzkumu motorického učení (viz Schmidt 1975 pro argumentaci), jednou slabinou Adamsovy teorie uzavřené smyčky byl požadavek 1-to-1 mapování mezi uloženými stavy (motorickými programy) a pohyby, které mají být provedeny. To představovalo problém související s úložnou kapacitou centrálního nervového systému; rozsáhlá škála pohybů by vyžadovala stejně velké úložiště motorických programů. Navíc tato teorie nemohla být použita k vysvětlení, jak vznikaly motorické programy pro nové pohyby.
Rané teorie motorických programů dostatečně nezohledňovaly důkazy dokládající vliv zpětné vazby na modifikaci probíhajícího pohybu a zároveň poskytovaly vhodné vysvětlení ukládání nebo aplikace motorických programů v novém pohybu. Následně byl vyvinut pojem zobecněného motorického programu (GMP) (Schmidt a Lee, 2005, str. 205). Předpokládá se, že GMP obsahuje abstraktní reprezentaci pro třídu pohybů s invariantními rysy vztahujícími se k pořadí událostí, relativnímu načasování událostí a relativní síle, se kterou jsou události produkovány. Aby bylo možné určit, jak má být určitý pohyb prováděn, jsou parametry jako celková délka pohybu, celková síla kontrakcí a zapojené svaly specifikovány podle SVP. Tato revize koncepce motorového programu umožňuje vyrábět mnoho různých pohybů se stejným motorovým programem a také vyrábět nové pohyby zadáním nových parametrů.
Richard Schmidt (1975) navrhl schématickou teorii pro řízení motorů a v protikladu k teoriím uzavřené smyčky naznačil, že motorový program obsahující obecná pravidla může být aplikován na různé environmentální nebo situační kontexty prostřednictvím zapojení řídícího procesu otevřené smyčky a GMP (Shummway Cook & Woollacott 2001, s. 32). Ve Schmidtově teorii schéma (psychologie) obsahuje zobecněná pravidla, která generují prostorové a časové svalové vzory, aby vytvořily určený pohyb (Shummway-Cook a Woollacott 2001, s. 1). 32). Proto při učení nových pohybů může jedinec vygenerovat nové GMP na základě výběru parametrů (snížení problému s novými pohyby) nebo zpřesnit stávající GMP (snížení problému s úložištěm) v závislosti na předchozích zkušenostech s pohybem a kontextem úkolu.
Podle Schmidta se do paměti ukládají čtyři věci poté, co jedinec vygeneruje pohyb (Schmidt, 1975):
Tyto informace jsou uloženy v součástech schématu motorické odezvy, mezi které patří schéma vyvolání a schéma rozpoznání. Schéma vyvolání a rozpoznání jsou silně spojena, protože využívají vztah mezi počátečním stavem a skutečnými výsledky; nejsou však izomorfní (Schmidt, 1975). Liší se v tom, že schéma vyvolání se používá k výběru konkrétní odezvy s využitím specifikací odezvy, zatímco schéma rozpoznání se používá k vyhodnocení odezvy se smyslovými důsledky. Během pohybu je schéma rozpoznání porovnáno s očekávanými smyslovými informacemi (např. proprioceptivní a extroceptivní) z probíhajícího pohybu k vyhodnocení účinnosti odezvy (Shumway-Cook a Woollacott, 2001, str. 32). Po dokončení pohybu je vyslán chybový signál, kde je schéma následně modifikováno na základě smyslové odezvy a znalosti výsledků (viz motorické učení).
Teorie schémat ilustruje, že motorické učení se skládá z kontinuálních procesů, které aktualizují schémata vyvolání a rozpoznání s každým provedeným pohybem (Shumway-Cook a Woollacott, 2001, str. 33).
Více párových dopředných a inverzních modelů
Alternativní pohled na organizaci a řízení motorických programů může být považován za výpočetní proces výběru motorického povelu (tj. vstupu) pro dosažení požadované smyslové zpětné vazby (tj. výstupu; Wolpert a Kawato, 1998). Výběr motorického povelu závisí na mnoha vnitřních a vnějších proměnných, jako je aktuální stav končetiny (končetin), orientace těla a vlastnosti položek v prostředí, se kterými bude tělo interagovat. Vzhledem k obrovskému množství možných kombinací těchto proměnných musí být motorický řídící systém schopen poskytnout vhodný povel pro jakýkoli daný kontext. Jedna strategie pro výběr vhodných povelů zahrnuje modulární přístup; více regulátorů existuje tak, že každý regulátor je vhodný pro jeden nebo malou množinu kontextů. Na základě odhadu aktuálního kontextu je zvolen regulátor pro generování vhodného motorického povelu.
Tento modulární systém lze použít k popisu motorické kontroly i motorického učení a vyžaduje adaptabilní interní dopředný a inverzní model. Dopředné modely popisují dopředný nebo kauzální vztah mezi systémovými vstupy a předpovídají senzorickou zpětnou vazbu, která nastane. Inverzní modely (regulátory) generují motorický příkaz, který způsobí požadovanou změnu stavu v daném kontextu prostředí. Během motorického učení jsou dopředný a inverzní model spárovány a těsně spojeny signálem zodpovědnosti v rámci modulů. Pomocí predikcí dopředného modelu a senzorických kontextuálních podnětů signalizují signály zodpovědnosti míru, do jaké by každá dvojice měla být zodpovědná za kontrolu aktuálního chování.
Zhoršení motorických programů
Chyby v dosahu se běžně vyskytují u pacientů s mozečkovou degenerací. To naznačuje, že jejich motorické povely predikativně nekompenzují interakční krouticí momenty vlastní multikloubnímu pohybu (Bastian et al. 1996/2000; Goodkin et al. 1993; Topka et al. 1998). K pochopení této skutečnosti bylo provedeno několik výzkumů, přičemž byly předloženy důkazy, že toto poškození může být způsobeno nefunkčním inverzním modelem:
S těmito znalostmi experiment provedený Smithem a Shadmehrem (2005) ilustroval zhoršenou schopnost subjektů mozečku měnit motorické povely ke kompenzaci aplikovaných silových polí v rámci pokusu (tj. modifikovat probíhající pohyb) a také využít tuto chybu k aktualizaci následujícího pokusu (tj. změny v následujícím pokusu nesouvisely s předchozí chybou pokusu). To souhlasilo s předchozí prací Maschekeho a kol. (2004), kteří ilustrovali osoby s mozečkovou degenerací měly potíže s adaptací motorických povelů při změně dynamiky končetin.
Důležité úvahy a další čtení
Smyslové příspěvky k motorické kontrole
Challenge Point Framework
Generátor centrálního vzoru
Reflexivní, spouštěný a dobrovolný pohyb
Rychlost, přesnost, pohybová složitost