Двигательных действий
Обширные данные о функционировании двигательного аппарата во время осуществления быстрых, максимально быстрых и медленных точностных движений позволяют рассмотреть закономерности формирования и прогрессирования биомеханической структуры точностных д.д., сделать некоторые принципиальные обобщения. Как было показано, биомеханическая структура быстрых точностных движений прогрессирует по пути увеличения числа степеней свободы биокинематической цепи, осуществляющей движение. Более того, уменьшение подвижности приводит к значительному снижению точности. Явление снижения точности при уменьшении подвижности биокинематической цепи впервые было изучено С.В. Голомазовым (1996; 1998б) и обосновано как отличительное свойство биомеханических систем (в отличие от механических, где с уменьшением числа степеней свободы точность повышается). Однако нельзя не отметить, что этот вывод сделан на примере быстрых точностных движений (баскетбольный бросок), в которых уменьшение степеней свободы биокинематической цепи приводит к нарушению процесса передачи энергии от более массивных частей тела к менее массивным, значительному снижению возможности накопления и рекуперации энергии. При ограничении подвижности звено, непосредственно осуществляющее движение в фазе реализации, и близлежащие звенья вынуждены включиться в активную, основанную на мышечном сокращении, работу по приобретению необходимого импульса. Причём эта несвойственная при неограниченной подвижности активность сокращает фазу реализации, что исключает возможность текущей коррекции движения, затрудняет работу сенсорного аппарата по осуществлению последующей коррекции. Кроме того, в ЦНС (как было показано, в фазе реализации пропускающую больший поток информации для обработки) поступает большее количество информации, не связанной непосредственно с решением точностной задачи, что, безусловно, затрудняет дифференцирование зрительной и кинестетической афферентной информации о заключительных моментах движения, как следствие, снижает эффективность текущей и последующей коррекции, наконец, отрицательно отражается на точности. С позиций программирования движения степень последовательности актуализации двигательных программ по приобретению необходимого количества движения и "обработке цели" значительно снижается, они накладываются одна на другую, сложность управления возрастает. Чтобы избежать сложностей переходных процессов, ЦНС программирует управление заключительными частями (в фазе реализации) быстрых точностных движений за счёт периферических механизмов, не связанных с сокращением мышц. Это позволяет очистить канал информации со звена, выполняющего движение в фазе реализации, и близлежащих звеньев от "шума", повысить эффективность её дифференцирования и обработки. В фазе реализации мышцы "молчат". Поэтому этот принцип программирования и осуществления точностных движений назван нами принципом "наибольшего молчания". Следует отметить, что и в максимально быстрых точностных д.д. движения фазы реализации осуществляются за счёт использования рекуперированной энергии дистального звена, что создаёт условия для более эффективного функционирования сенсорного аппарата для осуществления последующей коррекции. Это позволяет распространить принцип наибольшего молчания и на максимально быстрые точностные движения. В медленных точностных движениях проявление принципа наибольшего молчания обусловливает заблаговременное снижение скорости движения (обычно максимум скорости достигается в первой трети движения – рис. 30), с целью отдалить момент наивысшей активности мышц от начала фазы реализации. Фиксирование промежуточных звеньев кинематической цепи с помощью одновременной активности мышц-антагонистов, наблюдаемое на начальных стадиях формирования биомеханической структуры точностного двигательного действия, очевидно, объясняется не только иррадиацией возбуждения в головном мозге (Л.А. Орбели, 1949; С.А. Косилов, И.А. Ломов, Ю.В, Мойкин, 1955; А. Lundervold, 1957; Г.П. Мануковская, 1959; Я.М. Коц, 1986; Н.А. Фомин, Ю.Н. Вавилов, 1991 и др.), необходимостью повышения жёсткости, а, значит управляемости биокинематической цепи (Р.С. Персон, 1965; R.A. Schmidt, C. McGown, 1980; И.М. Козлов, 1999), но и стремлением увеличить расстояние от мышц, проявляющих высокую активность в фазе
доставки, до звена, реализующего точность, и этим освободить канал информации от рецепторов о параметрах движения этого звена. Таким образом, принцип наибольшего молчания является общим принципом формирования и прогрессирования биомеханической структуры всех рассматриваемых классов точностных д.д. Следует подчеркнуть, что при формировании и прогрессировании биомеханической структуры точностных д.д. принцип наибольшего молчания реализуется по-разному (рис. 31). При формировании их биомеханической структуры программирующий аппарат ЦНС для достижения высокого уровня точности нуждается в проприоцептивной информации о положении рабочего звена в момент реализации точности. Организмом выбирается, с учётом двигательного опыта, какое-либо соотношение точности и скорости, кинематическая цепь укорачивается за счёт фиксации промежуточных суставов[12] при помощи одновременной активности мышц-антагонистов – освобождается канал информации со
При прогрессировании биомеханической структуры точностного д.д. ЦНС уже имеет первичную информацию о параметрах движения в фазе реализации, основной задачей становится её детализация с целью повышения точности. Имея биомеханическую структуру движения, свойственную стадии её формирования с частично фиксированными промежуточными суставами, организм уже не может получить дополнительной информации. Более того, дальнейший прогресс точности при выполнении движений фазы доставки длинным рычагом (фиксирование промежуточных суставов приводит к удлинению звена) с приложением силы мышечной тяги близко к оси невозможен (а большинство сочленений звеньев тела человека, обслуживающих основные движения, – рычаги второго рода, с приложенной управляющей силой тяги близко к оси (В.Л. Уткин, 1989; В.Б. Коренберг, 1998)). Начинается "специализированное" изменение биомеханической структуры точностного д.д. в зависимости от кинематических и динамических характеристик движений. Требования к точности и быстроте полностью дифференцированы, что приводит к различному направлению прогрессирования биомеханической структуры точностных д.д. различных классов (рис. 31Б). В быстрых точностных д.д. необходима оптимальная скорость звена, выполняющего движение в фазе реализации (достаточная для выполнения механических требований движения снаряда к цели). Однако эта оптимальная скорость, во-первых, гораздо выше максимальной скорости, достигаемой в максимально быстрых точностных движениях, во-вторых, должна быть достигнута именно в момент реализации точности (выпуска метаемого снаряда). Движение в фазе доставки по длительности, скорости движения, рекрутированию сегментов тела не лимитировано. Это делает возможным увеличение подвижности кинематической цепи, выполняющей точностное движение, за счёт дефиксации промежуточных суставов, а также подключения в фазе доставки дополнительных сегментов тела (например, ног в баскетбольном броске). При этом активную работу выполняют мышцы крупных частей тела, лежащие далеко от звена, реализующего точность. Движение в фазе реализации выполняется почти полностью за счёт рекуперированной энергии, что даёт возможность ЦНС с меньшим количеством помех получать информацию о его протекании для (частично) текущей и последующей коррекции. Именно это, как уже говорилось, приводит к алогичному, с точки зрения механики, повышению точности при увеличении числа степеней свободы подвижности цепи. В максимально быстрых точностных д.д. минимальное время выполнения движения детерминировано, наряду с требованиями к точности, в двигательной задаче, т.е. здесь требуется максимальная средняя скорость всего движения. Подключение дополнительных звеньев к осуществлению движений в фазе доставки с целью переноса энергии с больших сегментов тела на меньшие приведёт лишь к повышению абсолютной максимальной скорости, но увеличит общее время, и потому неприемлемо. Полная дефиксация промежуточных суставов также недопустима вследствие того, что, во-первых, это резко снизит предсказуемость движений дистального звена и соответственно скажется на точности, во-вторых, движение по инерции в фазе реализации, при дефиксированном суставе может привести к его разрушению. Возможность травмирования сустава в максимально быстрых точностных движениях гораздо выше, чем в быстрых, несмотря на то, что максимальная скорость в фазе реализации в два – три раза ниже. Это связано с тем, что в максимально быстрых точностных д.д. реализация точности связана с остановкой или резким изменением направления движения крупных сегментов тела. Таким образом, биомеханическая структура максимально быстрых точностных д.д. теоретически наиболее стабильна (рис. 31Б). Однако реальные двигательные задачи максимально быстрых точностных д.д. предполагают различное сочетание требований к точности и быстроте выполнения движений. Поэтому возможно как частичное увеличение подвижности дистального звена, не приводящее к достижению анатомических границ сустава, так и некоторое уменьшение подвижности звена, выполняющего движение в фазе доставки, за счёт изменения его положения относительно других частей тела (приближения его в крайнем положении к анатомическим границам сустава[13]). Выполнение движений фазы реализации в положениях, далёких от анатомических границ сустава, приводит, во-первых, к большей подвижности, а потому меньшей предсказуемости движения, во-вторых, к довольно значительному потоку афферентной информации с мышц, работающих в статическом режиме. Это делает максимально быстрые точностные д.д. наименее точными из всех классов точностных д.д. В максимально быстрых точностных движениях увеличение числа степеней свободы подвижности биокинематической цепи не приводит к повышению точности. Быстрые и максимально быстрые точностные д.д. являются наиболее распространёнными в спорте, труде и быту. Однако необходимо отметить, что в тексте работы приведены лишь принципиальные зависимости, а деление точностных д.д. условно. На самом деле чаще встречаются д.д., сочетающие в себе черты тех или иных классов. Так бросок мяча в гандболе при противодействии противника протекает в условиях лимита времени и поэтому приобретает черты максимально быстрого точностного д.д. А, например, удар боксёра с последующим быстрым возвращением в защитную стойку – типичное максимально быстрое точностное д.д., при некотором запасе времени на его выполнение приобретает, в связи с подключением в фазе доставки ног и таза, черты быстрого д.д. и т.п. В двигательной задаче и двигательной программе медленных точностных д.д. нет требований к быстроте выполнения движения, обусловленных внешними условиями. Их движения выполняются на субъективно удобной скорости, которая значительно варьирует и между испытуемыми, и между попытками (значительно больше в фазе доставки и меньше – в фазе реализации). Прогрессирование биомеханической структуры (и повышение точности) при приложении управляющей силы тяги близко к оси вращения рычага затруднено. Поэтому наибольший прогресс достигается при уменьшении числа степеней свободы в фазе реализации. Подтверждением тому – поза стрелка, замыкание кинематической цепи (касание оснований ладоней) при вдевании нитки в иголку, опора предплечьем о стол при письме и т.п. Исключение из статической работы мышц, осуществляющих фиксацию звена, реализующего точность, в оптимальном положении, устраняет параллельное функционирование двух элементарных двигательной программ, уменьшает количество шумов, улучшает качество дифференцирования и обработки информации о протекании движения в фазе реализации, что способствует повышению точности. При увеличении числа степеней свободы подвижности кинематической цепи в медленных точностных движениях повышения точности не происходит. Таким образом, в процессе формирования и прогрессирования биомеханической структуры точностных д.д. выявлены две закономерности: 1) ограничение подвижности биокинематической цепи (уменьшение числа степеней свободы), выполняющей движение, за счёт фиксации промежуточных суставов при формировании и 2) а) увеличение подвижности биокинематической цепи, выполняющей движение в быстрых д.д., б) стабильность подвижности в максимально быстрых д.д., в) ограничение подвижности в медленных точностных д.д. при прогрессировании. На основе анализа закономерностей обоснован принцип наибольшего молчания, объясняющий как изменение количества степеней свободы рабочей биокинематической цепи при формировании и прогрессировании биомеханической структуры точностных движений, так и динамику уровня точности.
|
