ПРОГРАММИРОВАНИЕ СПОРТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ ДЕЙСТВИЙ
Н.А.
Орлова, кандидат педагогических наук,
научный сотрудник
сектора биотехнических и инновационных систем Санкт-Петербургского
научно-исследовательского института физической культуры,
190121, г. Санкт-Петербург,
ул. Декабристов, 35, ГУФК им. П.Ф. Лесгафта, кафедра
биомеханики,
spb_biomechanics@rambler.ru.
Аннотация. В
работе определен характер взаимодействия элементарных двигательных программ,
которые формируются на разных уровнях центральной структуры управления мышечной
активностью; по-новому сформулировано понятие двигательной программы; уточнены
роль и место механизма сенсорных коррекций при управлении двигательным
действием; сформулировано положение о выведении двигательной программы из
оперативной памяти; показано, что самой сложной частью двигательного действия
является не само движение, решающее двигательную задачу, а фаза, предшествующая
этому, когда происходит программирование двигательного действия.
Ключевые
слова: управление движениями, программирование
движений, сенсорные коррекции, сложная моторная организация, физическое
упражнение.
Annotation.
The paper describes the interaction among elementary movement programs
triggered at various levels of central structure which controls muscle
movement; renovates the concept of movement program; specifies the place and
role of sensory correction mechanism for movement control; presents the idea of
retrieving the movement program from operating memory; proves that the most
difficult phase of the moving activity is not the movement itself but the
preceding programming of the action.
Key words:
movement control, movement programming, sensory correction, complex motor
organization, physical exercise.
Проблема
исследования и анализ предшествующих публикаций. По
существующим современным представлениям регуляция двигательной деятельности
строится на двух основных принципах: прямого управления посредством центральных
моторных программ (открытый контур регулирования) и сенсорных коррекций
программы текущего движения по цепи обратной связи (закрытый контур
регулирования). Их взаимоотношения определяют управление двигательными
действиями.
Считается,
что термин "центральное (моторное) программирование" ввел в науку
Р. Вудвортс (1899). Изучая быстрые произвольные
движения, он определил наличие двух фаз: фазы, определяемой первоначальной
программой и не зависящей от зрительной информации, и фазы, совершаемой с учетом
зрительной афферентации и обеспечивающей точность
движения. К. Лешли (1933, 1951), а затем
М. Фишман, Т. Шнейдер (1985) при исследовании движения в одиночном
суставе показали, что когда исключена проприоцептивная
сигнализация в центральную нервную систему от движущегося органа, испытуемый не
делает ошибки в выборе направления и оценке протяженности произвольного
движения. Эти данные были дополнены многочисленными опытами с
деафферентированными животными и изучением людей с
потерей кинестетической чувствительности в результате болезни или врожденного
дефекта, показавшими, что реализация движения представляет собой центрально
организованный процесс, в осуществлении которого сенсорные механизмы могут не
играть существенной роли (К. Лешли, 1933; E.
Taub, A.J. Berman, 1968;
О
наличии центральной регуляции двигательного поведения свидетельствуют также
данные о "схеме тела", играющей важную роль в организации
сенсомоторного взаимодействия и планирования двигательных актов. Схема тела –
внутренняя модель, благодаря которой человек воспринимает положение тела и его
частей и их движение (В.С. Гурфинкель, Е.Е. Дебрева,
Ю.С. Левик, 1986; В.С. Гурфинкель, Ю.С. Левик, 1995, 1999). В.С. Гурфинкелем, Е.Е. Левиком изучались движения руки в условиях резко сниженной афферентации. У испытуемых появляется значительное
рассогласование реального и воспринимаемого положения конечности, нарушается
привязка модели тела к физическому пространству (внешней среде), но сама модель
сохраняется и служит базой для поддержания позы и
реализации движений.
Намерение
выполнить определенное движение отображается на электроэнцефалограмме в виде
суммарной электрической активности головного мозга разнообразных потенциалов. В 1964 году Г. Уолтером, а затем
другими исследователями обнаружены отрицательные колебания на поверхности
(волна ожидания или Е-волна, или условная негативная волна), регистрируемые в
промежутке между двумя стимулами: первым – предупредительным и через 1-1,5
секунды вторым – пусковым, по которому испытуемый должен выполнить какое-либо
движение (W.G. Walter,
1964). Это явление оказалось специфически связанным с
подготовкой к выполнению движений, с намерением испытуемого отвечать на сигнал,
его вниманием и заинтересованностью. При наличии выраженной "волны ожидания"
латентное время произвольной двигательной реакции сокращается с 200-300 до
50-80 мс, а в электромиограмме уменьшается
амплитуда и укорачивается период мышечной активности (Е.Б. Сологуб,
1973).
В
параметрах условной негативной волны (УНВ)
проявляется не только общая преднастройка к
предстоящей деятельности, но и специфика конкретных действий испытуемых.
Фронтальное доминирование волны отражает установку, направленную на точное восприятие
пускового стимула. При настройке испытуемых на альтернативную реакцию одной из
рук наблюдается ассиметрия УНВ
в лобных областях мозга. В изменениях УНВ отражается
также быстрота выполнения действия (быстрая или медленная реакция). При
обучении амплитуда УНВ увеличивается (или
сохраняется) до тех пор, пока не начинает улучшаться качество исполнительской
деятельности. При постепенном освоении задания амплитуда УНВ
уменьшается во всех отведениях, кроме фронтальных, отражая работу
программирующих и управляющих систем мозга (В.А. Дорошенко, 1992). Когда
деятельность не требует моторной подготовки (например, при концентрации
внимания на восприятии стимулов, их количестве и последовательности) факторная
структура УНВ упрощается (В.И. Ветошева,
1992).
Наибольшая
выраженность "волны ожидания" обнаружена в лобных долях. За период
между первым и вторым стимулом "волна ожидания" перемещается от
лобных долей назад к премоторной зоне. Подготовка к
выполнению движения проявляется в другом электроэнцефалографическом феномене –
моторных потенциалах: потенциале готовности и быстром потенциале. Возникая
примерно за 800 мс до начала движения потенциал готовности (медленная
негативная волна) за 90 мс перед выполнением движения сменяется быстрым
потенциалом, связанным с посылкой управляющей команды. Потенциал, появляющийся
во время движения, обусловлен сенсорными (реафферентными)
сигналами (Е.Б. Сологуб, 1973; М.П. Иванова, 1984; Р. Шмидт, М. Визендангер, 1996; Н.Н. Данилова, 2000). Потенциал
готовности регистрируется с обеих сторон головы на обширном пространстве, но с
максимальной амплитудой над теменем, приблизительно над дополнительной
двигательной корой. Предполагается, что эта область головного
мозга обеспечивает планирование движения (L. Deecke и др., 1976). В дополнительной двигательной
коре особенно усиливается метаболизм (изменение кровотока) при таких движениях,
которые требуют повышенного внимания (например, при работе пальцами в
определенной последовательности) и даже в том случае, когда испытуемого просят
представить заданную последовательность движений (в данном случае первичная двигательная
кора не активизируется) (P.E.
Roland и др., 1980).
Согласно
теории центрального управления – открытого контура регулирования, моторным программам
отводится ведущая роль в регуляции движений. Посредством только центральной
программы управляются врожденные движения (дыхание, ходьба), приобретенные
(например, письмо) и быстро текущие движения, которые не могут быть изменены в
ответ на раздражения, полученных в ходе движения. Так, концепция моторного программирования объясняет механизм
управления "баллистическими" движениями (движений, первая часть
которых осуществляется за счет активного участия мышечных сил, а вторая – по
инерции, без активного участия мышечных сил), начинающиеся и завершающиеся в
течение 200 мс (M.
Fischman, T. Schneider, 1985). Такими движениями
являются прыжки, броски, удары, метания (Г.П. Лукирская,
1968; Ю.В. Верхошанский и др., 1974; Ю.В. Верхошанский, 1977; В.Б. Коренберг,
1979).
Внесение
коррекций в быстро текущие движения имеет предвосхищающий характер
("прелиминарный" по терминологии Н.А. Бернштейна), а исходная
матрица программы такого действия должна быть предельна аккуратной (И.Б. Козловкая, 1976). Точность как самого движения, так и его
программы, например, при обучении быстрым движениям руки, достигается за счет
повторения упражнения с коррекцией уже на достигнутое положение (Е.Н. Соколов,
1981). Завершив действие, спортсмены, припоминая возникшие ощущения и
восприятия, анализируют процесс его выполнения, стараясь понять какие и почему были допущены ошибки и устранить их при следующем
выполнении действия. Как отмечают А.Ц. Пуни, Е.Н. Сурков (1984) такой анализ
основывается при сравнении представления-программы и представления завершенного
действия. По мнению В.Б. Коренберга (1979) управление
быстро текущими движениями является предваряющим, далеко отставленным во
времени. Для них характерна выработка автоматизированных коррекций, координация
которых достигается специальной тренировкой.
Программы
врожденных, автоматических и быстро текущих движений реализуются при участии
командных нейронов, требующих только первоначального запуска и возбуждение
которых вызывает целостную реакцию или фрагмент. Реакция определяется набором мотонейронов, связанных с определенным
командным нейроном. Если необходимо обеспечить набор разных реакций, то это
достигается полем командных нейронов. Перемещение возбуждения по полю командных
нейронов вызывает последовательность фиксированных реакций. Известно несколько
видов командных нейронов. Одни – запускают ту или иную двигательную программу;
они разряжаются перед началом движения и специфически связаны
с разными классами и фазами движения. Эти нейроны потенциально обладают широким
рецептивным полем, пластически меняющимся в ходе обучения. Другие нейроны,
находясь в постоянном возбуждении, поддерживают или видоизменяют двигательные
программы. Они управляют позными или ритмическими движениями (А.С. Батуев, 1978; Е.Н. Соколов,
1981; Н.Н. Данилова, 2000).
Среди
ученых не сложилось единого мнения о формулировке (определении) центральной
моторной программы. О существовании программ движений Н.А.Бернштейн писал в
1935 году, отмечая, что в центральной нервной системе существуют точные формулы
– энграммы движений. П.К. Анохин (1979)
определял программу действия как организованный комплекс (интеграл) эфферентных
возбуждений. Н.А. Рокотова (1971) называла
двигательную программу способом действия (алгоритмом), выбранной нервной системой
для решения моторной задачи. Программа – это механизм фиксированных
двигательных команд, не требующих при своей реализации никакой другой афферентации, кроме "пусковой" (Ю.Г. Галочкин, 1991). По определению С. Кила (1968)
моторная программа – это центральное представление последовательности моторного
действия. Д. Миллер (1972) определяет программу как особый уровень моторной
системы, абстрактный план действия. По мнению О.Б. Немцева (2005), программу
движений можно представить в виде алгоритма, описывающего время подачи
импульсов сокращения мышц и их силу.
Содержание
и структура программ движений являются предметом дискуссий до настоящего
времени. Мнения исследователей сходятся на том, что центральная программа есть
многоуровневая система, в которой абстрактное представление о действии перерабатывается
в конкретные специфические команды. По представлению Ю.Т. Шапкова
(1988) в памяти управляющей системы определена "картотека моторных
программ". Такое предположение выглядит более реальным, так как
бесконечное разнообразие движений может быть организовано на основе
ограниченного числа центральных программ. Д.А. Розенбаум
(1990) допускает, что моторные программы, как и математические функции, состоят
из аргументов и операторов. Под аргументами подразумеваются моторные подпрограммы,
а под операторами – моторные параметры (обратные связи). Центральные моторные
программы строятся таким образом, что посредством сенсорных коррекций
элементарные подпрограммы увязываются с основной или "…при одной и той же
базовой программе за счет сигналов обратных связей можно получить большое
разнообразие движений" (В.С. Гурфинкель, Ю.С. Левик,
1990). Поэтому одна и та же моторная схема может быть приложена к широкому
набору ситуаций.
Н.Д. Гордеева, В.П. Зинченко выделили два программирующих
компонента: интегральную программу, содержащую информацию о смысле двигательной
задачи, плане действия и общие представления о требуемых параметрах –
направлении, степени пространственности, времени,
амплитуде перемещения и др.; дифференциальную программу, в которой информация,
поступающая из интегральной программы, детализируется, и вырабатываются соответствующие
команды для реализации действия (Н.Д. Гордеева, 1995).
Во
многих работах указывается на зависимость длительности программирования от
характера двигательного действия, возраста (В.И. Ветошева,
1992; В.Г. Каменская и др., 1992; М.В. Полякова, 1992; Н.Д. Гордеева, 1995;
В.А. Сепсяков, 1998; М.А. Правдов,
2003). Наиболее подробно в инженерной психологии изучалось время
программирования "следящих" движений для описания поведения
оператора, управляющего технической системой. Определено, что
время программирования (латентной стадии двигательного действия) является
прямой функцией сложности моторного ответа: время программирования
элементарного движения (нажатие на кнопку) меньше, чем более сложного –
дискретного слежения (F.M. Henry, D.E.
Н.Д. Гордеева
(1995) на богатом экспериментальном материале определила длительность и
характер программирования движений в целостном двигательном действии, меняющимся по направлению, амплитуде, скорости, траектории.
При этом сложность двигательной задачи (ответной реакции) определялась
организацией тестового материала, который в виде различных целей и матриц подавался
на экране (стенде). Испытуемому необходимо было движением руки управлять
рычагом для совмещения индекса с целью. В данном случае, по существу, изучалось
не столько движение, сколько количество и характер сигналов, обусловливающих
его (расположение на экране, частота предъявления). В следящих движениях
главным образом изучается режим работы мозга (Ю.Т. Шапков
и др., 1988). Они не являются сложными с точки зрения их моторной организации.
В
механизме кольцевого управления двигательной активностью (закрытый контур
регулирования) наряду с программой движений значительное место занимают
обратные связи (афферентация от различных сенсорных
систем –проприоцептивной,
вестибулярной, зрительной, тактильной), корригирующих программу в процессе
выполнения движения. Н.А. Бернштейн рассматривал принцип сенсорных
коррекций в качестве ведущего в координации движений.
Считается, что по этому принципу регулируются движения, длительность которых
больше длительности сигналов, поступающих по каналам обратной связи. Например, быстрые движения, протекающие за 160 мс, совершаются без
участия сенсорной информации, в то время как движения, протекающие за
650 мс оказываются в сильной зависимости от афферентных импульсов,
поступающих в центральную нервную систему по ходу движения (R.A. Schmidt, D.G. Russel, 1972). "Коррекция
становится возможной по ходу выполнения лишь умеренно быстрых движений, продолжительностью
0,2-2 сек. Оптимальные условия для коррекции создаются при выполнении медленных
движений (более 2 сек)" (Н.А. Фомин, Ю.Н. Вавилов, 1991).
Схема
управления движениями по механизму кольцевого регулирования предложена
Н.А. Бернштейном. Согласно его взглядам
определяющим фактором программирования двигательного действия является
представление того результата, на который это действие нацеливается
("образ потребного будущего"), осмысление возникшей двигательной
задачи. Затем происходит перешифровка обобщенных представлений о результатах
действия в детализированные команды по скорости, силе, направлению, т.е.
определение программы движений. На этапе формирования центральных эфферентных
команд привлекаются моторная память, освоенные и врожденные элементарные (не
связанные с другими целевыми установками) программы. Мышца воспроизводит
центральную команду, не меняя ее структуру – форму и длительность. При этом
активность нервных центров направлена на формирование "копии"
центральной программы, которая затем сличается с афферентными сигналами
(сличается то, что реально произошло, с тем, что было запланировано),
свидетельствующие о выполнении движения и характеризующие продуктивность
решения моторной задачи. Таким образом, наличие обратной связи позволяет корректировать
движение в ходе его выполнения в соответствии с намеченным планом – программой
движений (Н.А. Бернштейн, 1990). Если сила внешних и внутренних помех
минимальная, то "аппараты коррекции" не вмешиваются в процесс
выполнения двигательной программы. Если же результаты, поступающие по каналам
обратной связи в центральную нервную систему, не совпадают с оптимумом, тогда
образование подпрограммы исправления является тем механизмом, который
приспосабливает систему управления движениями к меняющимся условиям с целью
решения двигательной задачи (П.К. Анохин, 1979).
Некоторые авторы подразделяют афферентацию
от различных сенсорных систем, выступающих в качестве обратных связей, на два
типа: коррекционную и оценочную (И.Б. Козловская, 1976); направляющую и результативную
(П.К. Анохин, 1979); поэтапную и санкционирующую (К.В. Судаков, 1983) Первый
тип афферентации определяется в основном импульсами
от рецепторов двигательного аппарата, задействованного непосредственно в
поведенческом акте. Афферентация
второго типа продуцируется с учетом информации о конечном результате
двигательного действия, используется в процессе оценки полученного результата,
определяющем дальнейшее поведение организма.
Механизмы
программирования и обратной связи, сенсорных коррекций во многом обусловливают
эффективность обучения, формирование двигательных навыков. В связи с этим для
коррекции программ спортивных движений стали использовать дополнительную
обратную связь (В.С. Фарфель, 1975). Информация о внешней и
внутренней структуре двигательного действия (например, о развиваемой силе мышц
при прыжке, метании, о взаимодействии мышц, о времени реакции) может быть
получена не только при непосредственном ощущении и восприятии, но и с помощью
объективных методов регистрации движений – электромиографии, тензодинамографии, электрохронографии,
кинематографии, цифровой видеозаписи (А.В. Соколов, А.М. Абрамов, 1991; В.В. Лысенко, Д.А. Романов, 2004; А.Г. Самборский, А.А. Самборский,
2004 и др.). В результате сличения субъективных ощущений и объективных
показателей точность выполнения двигательных действий возрастает.
Механизм
кольцевого регулирования является более древним филогенетически
и возникает раньше в процессе индивидуального развития. Примерно к трем
годам достаточное развитие получают зрительные обратные связи, осуществляющие
текущий зрительно-моторный контроль, с 5-6 лет происходит переход к текущему
контролю движений с участием проприоцептивных
обратных связей. Этот механизм достигает значительного совершенства к 7-9
годам, после чего начинается переход к формированию механизма центральных
команд. К 10-11 годам повышение скорости произвольных движений обеспечивается
достаточным развитием механизмов программирования их пространственных и
временных параметров. С этого возраста представлены оба механизма управления
произвольными движениями, дальнейшее совершенствование которых продолжается до
17-19 лет (А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2001).
Существует
точка зрения о возможности совместной регуляции двигательной деятельности
разными типами управления – открытым и закрытым. В "следящих"
движениях, требующих высокой точности исполнения (попадание в цель), часть
движения (первая фаза, быстро текущая) строится согласно строго отработанной
программе без участия сенсорных механизмов. Другая часть двигательного действия
требует коррекции для ликвидации возникших в ходе первой части ошибок и для
точного выполнения поставленной задачи (Н.Д. Гордеева, 1995).
Это положение согласуется с данными других исследователей,
изучавших электрическую активность мышц при выполнении точностных движений руки
в плечевом и локтевом суставах. В начале движения в работу
включаются как мышцы, обеспечивающие движения, так и их антагонисты. В период
достижения максимальной амплитуды движения (в фазе торможения) появляются
вспышки дополнительной активности либо на одной из изучаемых мышц, либо на
обеих. Эти вспышки очень вариабельны; их роль заключается в уменьшении
рассогласования амплитуды движений с заданной – в коррекции программы решения
двигательной задачи (М.А. Алексеев, А.А. Аскназий,
1966; Л.Г. Коровянская, 2003; О.Б. Немцев, 2005).
В исследовании Р.А. Кадыркаева
(2003) показано, что в многооборотных прыжках в фигурном катании основная
двигательная задача в подготовительные фазы – "концентрации"
(длительность 1-2 с) и "захода" (0,5-0,8 с) – заключается не в
реализации собственной моторной программы, которая не представляет особой
трудности, а в формировании готовности к выполнению основных фаз – "отталкивания"
(0,1-0,18 с), "полета" (0,5-0,7 с) и "приземления". В
подготовительные фазы сенсорная организация (предваряющие коррекции)
последующего движения доминирует над моторной
текущего. Движения в основных фазах прыжков полностью автоматизированы, их
выполнение подчинено биомеханическим закономерностям – жестким зависимостям
между временем, величиной и направлением усилий.
Как
отмечает Н.Д. Гордеева (1995) любая трудность в выполнении действия,
обусловленная или высокой степенью его новизны, или необычными условиями его
реализации, или сложностью задачи, или утомлением требует участия для своего
осуществления развернутой системы сенсорных коррекций, что определяет
преимущественно афферентационный способ управления. В
целом же превалирование того или другого типа управления обусловливается
множеством факторов: степенью сформированности
действия, условиями предъявления информации, количеством решаемых задач, функциональным
состоянием.
Обзор литературы, посвященный центральной организации
двигательного поведения человека, показывает, что среди экспериментальных
исследований преобладают работы по анализу односуставных
движений руки в плечевом, локтевом, лучезапястном суставах или в одном из
суставов пальцев кисти, голеностопном и коленном суставах ноги, а также при
вращении головы, т.е. движений, далеких от физического труда и спорта. С одной стороны, преимущество изучения односуставных
движений состоит в отсутствии взаимодействия между суставами, что приводит к
более прямой связи между мышечной активностью и возникновением момента силы; отсутствует
также проблема избыточных степеней свободы – неоднозначность соответствия между
внутренним суставным и внешними координационными пространствами.
Выявленные при анализе односуставных движений
закономерности могут оказаться полезными для понимания сложных двигательных
актов. С другой стороны, пространственные многосуставные движения, в
совокупности представляющие целостное двигательное действие, не являются
простой суммой элементарных движений; принципы организации и управления ими
требуют специального изучения.
Резюмируя
обзорную часть исследования можно также отметить следующее. Построение
произвольных двигательных действий, в том числе физических упражнений, возникает до начала реального движения и не проявляется в
виде механических характеристик. При этом формируется нервная модель предстоящего
действия (двигательный образ) и создается план его реализации. Для оценки этой
фазы часто используют латентное время двигательной реакции (В.А. Дорошенко,
1992; В.И. Ветошева, 1992; В.Г. Каменская, 1992; Н.Д.
Гордеева, 1995; М.А. Правдов, 2003). За латентной
фазой следует моторная фаза. В ней реализуется нервная двигательная программа в
виде периферических кинематических механизмов, взаимосвязанных элементов (мышц
и костных рычагов), обеспечивающих решение двигательной задачи и регулируемых
за счет механических свойств двигательного аппарата в
реальном масштабе времени. Это собственно "механическая" часть двигательного
действия. В моторную фазу накапливается сенсорная информация о протекании
двигательного действия, которая сравнивается с копиями центральных команд. В
результате сличения реального движения с его копией происходит оценка
эффективности движений и их коррекция. Моторный компонент двигательного
действия в большинстве научных работ по биомеханике физических упражнений
составляет предмет исследования. За последние десятилетия в спортивной науке
накопился большой объем экспериментальных данных о кинематических,
динамических, электромиографических характеристиках
специальных и соревновательных упражнений (см. журнал "Теория и практика
физической культуры"). Тогда как изучению центральной организации
целостных многосуставных спортивных двигательных действий с 1966 года (после
опубликования Н.А. Бернштейном книги "Очерки по физиологии движений и по
физиологии активности") посвящены отдельные исследования (В.С. Гурфинкель,
Ю.С. Левик, 1990; В.П. Муравьев, 1991).
Цель
исследования заключалась в изучении центральных
механизмов регуляции двигательных действий, отличающихся сложной моторной организацией.
Методика
исследования: Основными методами изучения центральной
организации двигательных действий были: хронометрирование
(измерение латентного времени двигательной реакции), электромиография. Для
усиления возможностей исследования электромиография сочеталась с другими методами
регистрации биомеханических показателей движения.
Время
реакции регистрировалось на звуковой сигнал (щелчок хлопушки) электронным
хронометром (минимальный интервал – 1 мс) до момента отрыва большого пальца от
кнопки, расположенной в руке. Также определялся латентный период спортивного
двигательного действия (прыжок). Для увеличения объема статистической выборки и
достоверности результатов эксперимента испытуемый делал три попытки в каждом
задании. В эксперименте участвовали спортсмены от 18 до 22 лет различной
квалификации и специализации. Всего произведено 780 измерений. Полученные
количественные данные обрабатывались с использованием пакета прикладных
программ STATGRAPHICS Plus for Windows. Рассчитывались
числовые характеристики выборки (n): среднее
арифметическое (х), стандартное отклонение (S). Определялся характер распределения результатов по
критерию хи-квадрат (c2).
Установлено, что распределение соответствует нормальному закону. Оценивалась
достоверность различий средних арифметических с помощью t-критерия Стьюдента
для независимых выборок.
Существующее
представление о времени реакции сводится к следующему. Оно
состоит из латентного и моторного периодов, в которых разворачивается нервный
процесс, состоящий из отдельных частей: 1) появление возбуждения в рецепторе,
2) передача возбуждения в центральную нервную систему, 3) переход возбуждения
от сенсорных нервных центров к моторным, 4) проведение сигналов из центральной
нервной системы к мышце, 5) возбуждение мышцы и появление в ней механической
активности (А.С. Солодков, Е.Б. Сологуб, 2001 и др.). В латентном периоде двигательной
реакции значительное время затрачивается на формирование программы
двигательного действия, на согласование активности его частей (на
"работу" ассоциативных нервных центров, занимающих 2/3 площади коры
головного мозга). При этом переход возбуждения от сенсорных центров к моторным (расстояние) в цепи разворачивающегося нервного
процесса самый короткий.
Обычно
по длительности двигательной реакции определяют функциональное состояние
спортсмена, интенсивность и модальность сигналов, особенности психической
установки. В данном исследовании по этому показателю определялась, главным
образом, координационная сложность предстоящего физического упражнения.
Объектом исследования были выбраны спортивные движения, характеризующиеся
значительными усилиями, количеством участвующих мышц, величиной усилий,
амплитудой движений и сменой их направления. В этой связи латентный период
двигательной реакции рассматривался:
·
в роли теста, по которому оценивалась мера взаимодействия
элементов двигательной системы;
·
как длительность формирования центральной
программы движений (стимул являлся пусковым сигналом к выполнению действия);
·
как время сенсорной коррекции, необходимой
для поправки двигательной программы в ответ на помеху (сигнал для ответной
реакции выступал в качестве помехи);
·
для характеристики переходных процессов
структуры двигательного действия (сигнал служил для обозначения перехода от одной
программы к другой).
Моторный
компонент реакции в экспериментах варьировал: 1) по направлению суставных
движений; 2) по количеству одновременно реализующихся двигательных программ
(две, три); 3) по величине мышечных усилий; 4) по особенностям формирования мышечных
моментов и степени устойчивости тела в исходных положениях.
Изучение
электрической активности мышц, кинематических и динамических характеристик
движений производилось посредством программно-аппаратного комплекса сбора и
обработки данных – физиологических и механических характеристик движений. Комплексное
техническое устройство включало: 1) электромиограф
четырехканальный "Медикор" (Венгрия),
имеющий регулируемую полосу пропускания и регулируемый коэффициент усиления для
каждого из четырех каналов, к которым подключались накожные электроды размером
5 х 5 мм; 2) тензодинамоплатформу;
3) датчик перемещения резистивного типа 4) аналого-цифровой преобразователь; 5)
персональный компьютер; 6) программу обработки биомеханических параметров
"Электромиограф", разработанную в
лаборатории биомеханики института физической культуры и дзюдо Адыгейского
государственного университета (АГУ). Многофункциональный аналого-цифровой
преобразователь L-780
фирмы L-card (Россия), обладающий
возможностью одновременной регистрации сигналов с 32 аналоговых входов,
частотой до 300 кГц и разрядностью 14 бит, преобразовывал параметры движения в
цифровую форму.
Измерения электрической активности мышц
и биомеханических параметров движения проводились в лаборатории кафедры биомеханики
института физической культуры и дзюдо АГУ. Испытуемый – бегун на 800 м – в легком
спортивном костюме выполнял несколько серий прыжков, отличающихся вращением
тела или его звеньев вокруг поперечных и продольных осей. Пара поверхностных
электродов диаметром 5 мм на одинаковом расстоянии крепились на кожу над
ягодичной, передней большеберцовой и икроножной (медиальной головкой) мышцами в
области двигательной точки. Одновременно с электрической
активностью трех мышц ноги датчики перемещения и силы воспринимали информацию о
кинематических и динамических характеристиках движений: регистрировались моменты
времени (момент начала перемещения тела спортсмена, момент достижения
максимальной силы отталкивания, моменты отрыва и постановки ног на опоре,
момент достижения максимальной высоты полета), кривая развития усилий при
взаимодействии спортсмена с опорой, максимальная сила реакции опоры,
вертикальные перемещения и скорость общего центра масс тела (ОЦМТ).
Анализ электромиораммы (ЭМГ) заключался в измерении конкретных параметров:
длительности работы мышцы в отдельные периоды движений (вычислялась по разности
моментов окончания и начала возбуждения мышцы), общей длительности
электрической активности мышцы (вычислялась путем сложения отдельных периодов
работы мышцы), максимальной амплитуды колебаний потенциала в ответственные
периоды двигательного действия (например, при взаимодействии спортсмена с
опорой при отталкивании и приземлении в прыжке).
Максимальная высота (амплитуда колебаний потенциала) огибающей ЭМГ измерялась с помощью миллиметровой линейки; определялось
расстояние между точкой, соответствующей максимальному положению на кривой и
точкой, в которой пересекаются две линии – линия, характеризующая уровень покоя
мышцы, и перпендикуляр, опущенный на эту линию из точки, соответствующей
максимальной амплитуде ЭМГ.
Визуальный
анализ огибающих ЭМГ осложнялся некоторыми обстоятельствами:
для того, чтобы выдерживался один и тот же формат рисунков, компьютерная
программа то сжимала, то растягивала шкалу времени, расположенной по оси
абсцисс. Поэтому все графики огибающих ЭМГ и тензодинамограмма были перенесены на миллиметровую бумагу.
При этом высота графиков (по оси ординат) сохранялась, а по оси абсцисс шкала
времени на всех рисунках стала четко соответствовать одному и тому же
расстоянию – 200 мс – 23 мм.
Результаты
исследования и их обсуждение.
Анализ
литературы по проблеме управления двигательной активностью показал, что дать
однозначное и исчерпывающее определение двигательной программы, а также
механизмов ее формирования и функционирования, не представляется возможным. По
мнению некоторых ученых сложное двигательное действие осуществляется благодаря
работе нескольких элементарных программ, которые могут формироваться в
центральной нервной системе как последовательно (одна за другой), так и
параллельно, одновременно. Принято считать, что границами
двигательных программ последовательных элементарных движений, составляющих
программу целостного двигательного действия, являются моменты изменения
направления суставных движений (M.R.
Параллельные
двигательные программы (подпрограммы), составляющие систему решения некоторой
двигательной задачи, формируются в центральной нервной системе до начала
реального движения. Для достижения полезного эффекта их работа должна быть
согласована во времени (М.Б. Беркинблит, И.М. Гельфанд,
А.Г. Фельдман, 1991). При решении в данном исследовании задач в качестве
рабочих понятий были использованы теоретические положения других авторов о
существовании нескольких элементарных двигательных программ в целостном
двигательном действии, их последовательном и одновременном взаимодействии.
Целью
экспериментального исследования на первом этапе явилось изучение особенностей
организации движений, которые осуществляются одновременно по нескольким (две,
три) разным программам. Для этого время реакции определялось
(испытуемому необходимо было среагировать на звуковой сигнал отрывом большого
пальца от кнопки, расположенной в руке) при поддержании позы в зоне устойчивого
равновесия (положения "лежа", "основная стойка"), при
поддержании позы в зоне мало устойчивого равновесия (положение "стоя в
наклоне вперед"), а также в различные моменты двигательного действия.
При этом основное двигательное действие выполнялось испытуемым с приемлемой для
него скоростью, а сигналы для ответного дополнительного действия (движение
большого пальца), звучали неожиданно, хаотично.
Первая
задача исследования сформулирована следующим образом: изучить зависимость
времени реакции (ВР) от статических поз, отличающихся
степенью устойчивости. В широком диапазоне привычных поз (положения
"лежа" и "стоя") ВР меняется
незначительно (135 и 136 мс) (табл. 1). Причиной, по-видимому, является то, что
устойчивая поза и мануальное движение регулируются различными не конкурирующими
уровнями построения движений. Поза тела при устойчивом равновесии
обеспечивается низшими отделами центральной нервной системы (по Н.А. Бернштейну
самый низший уровень регуляции движений – уровень А), а осознанное движение –
реакция пальцем руки – вышележащими. Таким образом, в этой двигательной системе
регуляция устойчивой позы и движения высшего уровня осуществляется независимо.
Взаимодействия между элементами слабые: устойчивая поза тела не влияет на ВР и, наоборот, организация движения высшего уровня не
оказывает существенного влияния на равновесие тела.
Таблица 1
Время реакции в зависимости от позы (при изменении угла
устойчивости)
|
Кол-во человек |
n |
Поза |
x
±
S (мс) |
Р1-2 |
Р1-3 |
Р2-3 |
|
|
14 |
126 |
1 |
положение лежа |
135 ± 8 |
>0,05 |
<0,05 |
<0,05 |
|
2 |
положение стоя (основная стойка) |
136 ± 9 |
|||||
|
3 |
положение стоя в наклоне вперед |
167 ± 17 |
|||||
Примечание: Р1-2
– уровень значимости при сравнении результатов в 1 и 2 положениях; Р1-3 – уровень значимости при сравнении
результатов в 1 и 3 положениях; Р2-3 – уровень
значимости при сравнении результатов во 2 и 3 положениях.
В положении "стоя в наклоне
вперед", когда устойчивость тела значительно уменьшается
(тело спортсмена находится в зоне вероятной потери равновесия) ВР увеличивается (167 мс). В положении тела при вероятной потери равновесия, кроме низших отделов
центральной нервной системы, к регуляции позы, очевидно, привлекаются более
высокие уровни управления движением для организации поведения в случае потери
равновесия и в то же время для его сохранения. В целом в этой двигательной
системе конкурируют три программы движений: первая программа обеспечивает
поддержание позы, вторая – направлена на движение в случае потери равновесия,
третья – обеспечивает движение пальца на звуковой сигнал. Система ведет себя
как целостное образование, где связи проявляются в следующих формах: каждая
часть системы так соотносится с каждой другой частью, что изменение в одной
вызывает изменение во всех других частях и в системе в целом.
На следующем этапе была поставлена другая
задача: определить время реакции в зависимости от объема двигательного действия.
В таблице 2 представлено два двигательных действия: первое – в основной стойке
движение рук вверх-вниз; второе – в основной стойке движение рук вперед-в стороны-вверх-вниз. В
первом упражнении направление движения рук менялось два раза, во втором –
четыре. В двухфазном действии значения скрытого периода двигательной реакции
значительно меньше (Р <
0,05), чем в аналогичные фазы (первую и вторую) четырехфазного двигательного действия.
В этом исследовании был сделан следующий вывод: чем чаще меняется направление
движения звеньев тела, тем выше требования к управлению двигательным действием.
Таблица 2
Время реакции (мс) и объем двигательного действия
|
Кол. чел. |
n |
В основной стойке движения рук |
|||
|
вверх |
вниз |
|
|
||
|
21 |
504 |
257
±
46 |
186 ± 27 |
|
|
|
314 ± 46 |
251± 37 |
249 ± 37 |
218 ± 37 |
||
|
вперед |
в стороны |
вверх |
вниз |
||
Примечание: достоверность различий не существует только между двумя
значениями времени реакции 251 и 249 мс (Р>0,05).
Данные,
представленные в таблице 2, дополняют представление о программном и
корригирующем механизмах двигательного действия. В двигательных действиях с
большим количеством элементов, а, следовательно, с большим количеством
переходных процессов (изменений направления суставных движений), требуется
больше времени на формирование центральной программы и реализацию коррекционной
основы действия. Кроме того, длительность сенсорной коррекции программы
основного действия (движений руками) зависит от момента возникновения помехи
относительно его начала: чем меньше интервал времени между началом движения и
моментом появления сигнала (помехи), тем больше время двигательной реакции.
По-видимому, период, когда зарождается и возникает
программа целостного двигательного действия, является особо важным. Как указывают некоторые исследователи, движение в начале своего
пути осуществляется по отработанной программе и управляется без участия
механизмов обратной связи; оно корректируется только в последующие фазы (Н.Д.
Гордеева, 1995; R.S. Woodworth,
1899). Очевидно, по этой причине испытуемый в редких случаях не
справлялся с заданием: он не мог выполнить основное упражнение тогда, когда
помеха возникала до или в
первый момент реального движения (в момент программирования).
Поскольку
сложность управления движением в различные фазы двигательного действия
неодинакова и закономерно уменьшается к концу его выполнения, то можно
предположить, что копия центральной двигательной программы отправляется в
"кладовую памяти" не целиком до или в момент возникновения реального движения, а постепенно,
частями, сразу после выполнения соответствующих фаз действия. Возможно,
освобождение оперативной памяти увеличивает скорость обработки информации, в
том числе сопутствующей информации, идущей по каналам обратной связи.
Из
анализа экспериментальных данных следует еще одно важное положение, касающееся
роли и места механизма сенсорных коррекций при управлении двигательным
действием. Н.А. Бернштейн из двух основных механизмов организации движений –
моторной и сенсорной, последний считал важным, решающим и называл его
"сенсорной коррекцией движения". "Сенсорная коррекция", как
понимал ее ученый, – это реакция на помеху. Реакция, как известно, длится
100-150 мс, а фаза опоры при беге или прыжке тоже составляет 100-150 мс;
следовательно, механизм сенсорной коррекции не успеет сработать за такой малый
промежуток времени. Поправка движений не может осуществляться по ходу слитно выполняемого двигательного действия, так как
пока сигнал поступает в центральную нервную систему и обрабатывается, движение
заканчивается. Поправка может осуществиться только в следующем двигательном
цикле или в следующей попытке выполнить упражнение (если упражнение
ациклическое). И становится очевидным, что корректируется не движение, а его
программа. Этот механизм был замечен многими исследователями, занимающихся
проблемами организации двигательных действий (Е.П. Ильин, 1973; А.С. Батуев,
1975; Е.Н. Соколов, 1981; В.С. Гурфинкель, Ю.С. Левик,
1990).
В другом эксперименте время реакции
являлось неотъемлемым доминантным компонентом структуры физического упражнения.
По звуковому сигналу производилось двигательное действие. Регистрировался его
латентный период. Предварительно давалась установка на качественное и быстрое
выполнение упражнения. В этом исследовании латентный период двигательной
реакции рассматривается преимущественно как критерий, отражающий длительность
формирования центральной двигательной программы. Задача заключалась в определении
длительности программирования двигательного действия в зависимости от величины
мышечных моментов в исходных положениях.
В таблице 3 приводятся данные времени
реакции при прыжке (выпрыгивании) вверх толчком двумя ногами, выполняемого из
различных исходных положений – "приседа" и "полуприседа".
При выпрыгивании из полного приседа ВР меньше (216
мс), чем при выпрыгивании из полуприседа (272 мс). По
субъективной оценке спортсменов присед является удобной позой, полуприсед – неудобным, тяжелым положением. По данным Л.М. Райцина (1972) в тяжелых, трудных положениях значения
мышечных моментов приближаются к предельным значениям.
Таблица
3
Время реакции при прыжках,
отличающихся мышечными моментами в исходных положениях
|
Кол. человек |
n |
Упражнение |
х ± S (мс) |
Р |
|
25 |
150 |
выпрыгивание из приседа (удобной прозы) |
216 ± 42 |
<0,001 |
|
выпрыгивание из полуприседа
(неудобной позы) |
272 ± 70 |
Для объяснения
полученных результатов были использованы также представления А.А. Ухтомского и
Н.А. Бернштейна о механизмах координации движений как исключении избыточных
степеней свободы. Поскольку регуляция движения осуществляется посредством
упругих связей (сократительных и соединительно-тканных элементов), то наряду со
степенями свободы в механическом понимании дополнительное влияние оказывают
упруго-вязкие свойства двигательного аппарата. Н.А. Бернштейн наряду с
механическими степенями свободы рассматривал упруго-вязкие свойства мышц как
дополнительную степень свободы, которой нужно управлять. В этом плане исходная
поза "полуприсед" представляет более
сложную координационную задачу; мышечные связи ограничивают как увеличение, так
и уменьшение межзвенного угла. При полном приседе ограничение подвижности
обеспечивается, в основном, жесткими костно-суставными связями, уменьшающих
количество избыточных степеней свободы.
Анализ данных,
представленных в таблице 3, позволил заключить следующее. Когда к построению
движения подключаются механизмы, основанные на упруго-вязких свойствах мышц,
т.е. когда в организации движений участвует большой сенсорный поток (следовательно,
предъявляются более высокие требования к программированию двигательного
действия), то тем самым тренируется и совершенствуется
двигательная память – связь между движением и его моделью.
В экспериментах посредством электромиографической методики изучались особенности
программирования в зависимости от характера согласования мышц
в скоростно-силовых ациклических спортивных упражнениях. Примером
послужили прыжки вверх с места различной сложности.
Испытуемый выполнял две серии прыжков.
Первая серия включала: прыжок вверх толчком двумя ногами и прыжок вверх толчком
двумя ногами с поворотом тела вокруг продольной оси на 90° и
180°;
вторая серия – прыжок вверх толчком одной ногой и прыжок вверх толчком одной
ногой с поворотом тела вокруг продольной оси на 90° и
180°.
Предполагалось, что эти двигательные действия осуществляются по нескольким
параллельным центральным программам различной сложности. В прыжке вверх толчком
двумя ногами двигательные программы обеспечивают: 1) удержание вертикального
положения тела с опорой на две ноги; 2) максимально возможное перемещение тела
вверх. Прыжок вверх толчком двумя ногами с поворотом тела на 90° и
180°
осуществляется по трем двигательным программам: первая – обеспечивает удержание
вертикальной позы на двух ногах; вторая – движение тела вверх, третья – поворот
тела вокруг продольной оси. В прыжках вверх толчком одной ногой без поворота и
с поворотом тела количество двигательных программ соответственно сохраняется, однако
затрудняется их выполнение из-за участия одних и тех же мышц в реализации двух
или трех различных программ.
Прыжки вверх толчком
одной и двумя ногами обеспечиваются работой антигравитационных
мышц и их антагонистов. Активность передней большеберцовой мышцы начинается в
фазу амортизации и, постепенно увеличиваясь, продолжается при отталкивании. Пик
ее активности предшествует пику активности антигравитационных
мышц (икроножной м. и ягодичной м.); большую нагрузку
передняя большеберцовая мышца испытывает при сгибании ног в голеностопном
суставе. Немного позднее включаются в работу антигравитационные
мышцы. Начало их работы совпадает с периодом перехода от фазы разгона к фазе
торможения при амортизации (подседании), когда
ускорение ОЦМТ меняет знак. Огибающие
ЭМГ икроножной и ягодичной мышц характеризуются
постепенным нарастанием и резким спадом (см. рис.). Наивысшие значения
электрической активности антигравитационных мышц
несколько предшествуют или совпадают с моментом максимальной силы отталкивания
(по тензодинамограмме). В целом изменения огибающих ЭМГ похожи на кривую тензодинамограммы.
Характерным при выполнении скоростно-силовых упражнений является снижение
активности мышц еще до окончания отталкивания. Это свидетельствует о том, что
заключительные фазы прыжка происходят по инерции (баллистический тип
организации движений), поэтому электрическая активность мышц в фазу полета
невысокая.
Сравнение двух видов
прыжка (без поворота и с поворотом тела) показало, что в прыжках с поворотом в
фазу полета наблюдается большее возбуждение мышц. Очевидно, это связано с тем,
что кроме высоты прыжка исследуемые мышцы дополнительно обеспечивают
вращательное движение вокруг вертикальной оси. Иными словами, дополнительная
двигательная задача (дополнительное задание, дополнительная двигательная
программа) непосредственно определяет активность мышц, увеличивая ее, несмотря
на то, что при выполнении единичной программы (в прыжке вверх без поворота
тела), задачей было прыгнуть как можно выше.
При приземлении
вновь происходит всплеск мышечной активности, особенно мышц дистальных звеньев
ног, что требует увеличения жесткости кинематических цепей, необходимой для
снижения ударного взаимодействия в наиболее нагрузочную фазу прыжка.
Особенностью работы мышц в этот период движения является их значительное
возбуждение еще до контакта ног с опорой. Подобные факты были обнаружены ранее
при изучении спортивных упражнений (И.М. Козлов, 1966; А.В. Самсонова, 1983;
С.В. Серов, 1988; В.П. Муравьев, 1991; Л.В. Ципин, 1991; Р.А. Кадыркаев, 2003). Появление электрической активности антигравитационных мышц и их антагонистов еще до того, как
возникло реальное видимое движение, подтверждает гипотезу о том, что
центральная программа опережает будущее событие. Этот пример наглядно
показывает преимущества программирования как основного механизма управления
спортивными движениями. Преимущество программирующих механизмов заключается в
возможности прогнозировать, предсказывать будущее событие, в частности
подготовить двигательный аппарат к взаимодействию с внешней средой.
В прыжках с
поворотом и прыжке вверх толчком одной ногой активность мышц при приземлении
продолжается еще некоторое время, что связано с трудностью поддержания
равновесия тела, вызванного ограничением опоры и действием инерционных сил вращения,
т.е. с усложнением и реализацией дополнительной двигательной программы.
При сравнении всех
прыжков вверх с места, отличающихся степенью сложности исполнения, была
отмечена некоторая вариативность отдельных характеристик электромиограмм:
длительности активности мышц в отдельные периоды движения, высота огибающих
электрической активности мышц. Полученные данные подтверждают мнение В.С.
Гурфинкеля, Ю.С. Левика (1990) о том, что одна и та
же программа движений может адаптироваться к новым условиям – изменяться по
времени и амплитуде. Однако, несмотря на некоторые отличия, в целом не
нарушается согласование (координация) работы мышц. Так, в ответственный период
исследуемых прыжков – период отталкивания, когда решается задача вертикального
перемещения тела или перемещения и поворота тела одновременно, из трех
изучаемых мышц передняя большеберцовая мышца начинает работу первой и первой ее
заканчивает. Спустя некоторое время после начала активности передней
большеберцовой мышцы в работу включаются антигравитационные
мышцы – икроножная и ягодичная мышцы. Их активность прекращается только после
окончания активности антагониста. На основе этого наблюдения был сформулирован
вывод: центральная двигательная программа представляет собой нервный механизм,
определяющий состав мышц, последовательность, длительность и уровень их
активности. Она регулируется автоматически, самостоятельно и жестко не зависит
от стимулов внешней и внутренней среды.
От
количества и сложности взаимодействующих программ движений зависит не только
величина электрической активности мышц, но и значения кинематических и
динамических характеристик движения тела. Несмотря на то, что в прыжках, реализующихся
по сложным центральным программам, наблюдается общее увеличение электрической
активности мышц, значения их кинематических и динамических характеристик
уменьшаются. С повышением трудности задания заметно снижается максимальная сила
отталкивания, вертикальное перемещение ОЦМТ,
вертикальная скорость ОЦМТ спортсмена. Например, по сравнению с прыжком вверх толчком двумя ногами в
прыжке вверх толчком одной ногой с поворотом на 180° высота прыжка изменяется
с 0,6 до 0,34 м, вертикальная скорость ОЦМТ тела
спортсмена с 2 до 1,6 м/с, а импульс силы возрастает не столько за счет
величины силы, сколько за счет длительности приложения усилий.
В
прыжке вверх толчком двумя ногами вертикальное перемещение ОЦМТ
наибольшее (0,6 м) по сравнению с другими более сложными прыжками. В этом
двигательном действии работа одной программы не мешает реализации другой
программы: удержание устойчивого равновесия не снижает эффективность
перемещения тела вверх.
Прыжки
вверх с места толчком одной и двумя ногами с поворотом тела, когда необходимо
совмещать поступательное и вращательное движения, реализуются по альтернативным
(взаимоисключающим) программам, что снижает эффективность реализации каждой.
Установка на одновременное выполнение прыжка вверх и вращения тела приводит, например,
к уменьшению вертикальной составляющей реакции опоры при прыжках с поворотом по
сравнению с обычным прыжком как на двух, так и на одной ноге.
Выводы и перспективы
дальнейших исследований в этом направлении.
Регуляция физических упражнений как целенаправленных двигательных действий
осуществляется многоуровневой системой управления, в которой можно выделить два
принципиально качественно различных уровня: центральный и периферический. На
центральном уровне происходит построение нервно-психической модели предстоящего
движения, а на периферическом – ее воплощение в реальное видимое движение.
Основным механизмом центрального уровня является программирование двигательного
действия. Построение двигательного действия на центральном уровне происходит в
условиях компрессии времени; периферические механизмы регулируют движение в
реальных условиях внешней и внутренней среды, в реальном масштабе времени.
Результаты
исследования подтверждают известные положения о многоуровневой
структуре регуляции двигательной функции человека и в то же время дополняют
их новыми данными, на основе которых можно сформулировать положение о том, что
двигательная программа выводится из оперативной памяти дискретно, частями сразу
после выполнения соответствующих фаз движений. Поскольку механизм сенсорной
коррекции имеет временной интервал, то движение не может быть изменено в ответ
на помеху в текущей фазе, оно поправляется только в следующем цикле движений
или в следующей попытке выполнить ациклическое упражнение, после того как
уточнится или сформируется новая двигательная программа.
Программирующая
деятельность мозга осуществляется по учету и удержанию в оперативной памяти
информации о плане решения двигательной задачи о том, что было и что должно быть: чем больше информации, тем сложнее
программа. Полученные данные свидетельствуют о том, что длительность
программирования (время реакции) возрастает с увеличением координационной
сложности физического упражнения, которая определяется составом и объемом
движений двигательной программы, степенью взаимодействия параллельно работающих
программ движений, количеством изменений направления суставных движений
(количеством переходных процессов), степенью устойчивости и мышечными моментами
в исходных положениях.
На
основе собственных экспериментальных исследований (изучения электрической
активности мышц) и анализа работ других авторов, занимающихся проблемой
координации спортивных движений, было еще раз показано
известное положение о ведущей роли программирования в управлении движениями и
по-новому сформулировано понятие центральной двигательной программы.
Двигательная программа представляет собой нервный механизм, определяющий состав
мышц, последовательность, длительность и уровень их активности. На примере
скоростно-силового ациклического упражнения – прыжка вверх с места,
выполняемого различными способами, определено, что в двигательных действиях,
реализующихся по сложным центральным программам, увеличивается суммарная электрическая
активность мышц – количество двигательных команд, поступающих из центральной
нервной системы к мышцам. При этом наблюдается тенденция к уменьшению
кинематических и динамических характеристик движения, а время, необходимое на
формирование центральной двигательной программы, увеличивается.
Полученные
в исследовании материалы могут быть применены в дальнейших разработках по
проблеме управления движениями. Экспериментальные данные могут послужить
основой для объяснения проблем обучения движениям в различных видах профессиональной
и спортивной деятельности.
Список литературы
1.
Алексеев, М.А. Соотношение программы и
текущих коррекций в процессе регуляции точностных движений / М.А. Алексеев,
А.А. Аскназий // Материалы IX Всесоюзной научной конференции по
физиологии, морфологии, биохимии и биомеханике мышечной деятельности 10-15 мая
1966 года г. Каунас. – М., 1966. – Т 1. – С. 10-11.
2.
Анохин, П.К. Системные механизмы высшей
нервной деятельности / П.К. Анохин – М.: Наука, 1979. – 453 с.
3.
Батуев, А.С. Центральные механизмы сенсорной
организации движений / А.С. Батуев // Сенсорная организация движений. – Л.:
Наука, 1975. – С. 23-31.
4.
Батуев, А.С. Кортикальные механизмы интегративной деятельности мозга / А.С. Батуев. – Л.:
Наука, 1978. – 56 с.
5.
Беркинблит,
М.Б. Двигательные задачи и работа параллельных программ / М.Б. Беркинблит, И.М. Гельфанд, А.Г. Фельдман //
Интеллектуальные процессы и их моделирование. Организация движения: сб. науч. трудов. – М.: Наука, 1991. – С. 37-54.
6.
Бернштейн, Н.А. Физиология движений и
активность / Н.А. Бернштейн. – М.: Наука, 1990. – 495 с.
7.
Верхошанский, Ю.В. Исследование техники
ударов и бросков в хоккее / Ю.В. Верхошанский, В.П. Савин, В.И. Бражник // Теория
и практика физической культуры. – 1974. – № 6. – С. 13-19.
8.
Верхошанский, Ю.В. Основы специальной
силовой подготовки в спорте / Ю.В. Верхошанский. – М.: Физкультура и спорт,
1977 – 215 с.
9.
Ветошева,
В.И. Отражение в параметрах потенциалов, связанных с событиями процессов преднастройки испытуемого к деятельности / В.И. Ветошева // Программирующая деятельность мозга человека: межвуз. сб. науч. тр. – СПб.:
Изд-во СПб ун-та, 1992. – С. 77-96.
10. Галочкин, Ю.Г. Физиологические
основы организации двигательной деятельности человека / Ю.Г. Галочкин. – Волгоград: ВГИФК,
1991. – 60 с.
11. Гордеева,
Н.Д. Экспериментальная психология исполнительного действия /
Н.Д. Гордеева. – М.: Тривола, 1995. – 324 с.
12. Гурфинкель,
В.С. Роль внутренней модели в восприятии положения и планировании движений руки
/ В.С. Гурфинкель, Е.Е. Дебрева, Ю.С. Левик // Физиология человека. – 1986. – Т. 12. – № 5.
– С. 769-776.
13. Гурфинкель,
В.С. Центральные программы и многообразие движений / В.С. Гурфинкель, Ю.С. Левик // Управление движениями. – М.: Наука, 1990. – С.
32-41.
14. Гурфинкель,
В.С. Система внутреннего представления и управление движениями / В.С. Гурфинкель,
Ю.С. Левик // Вестник РАН – 1995. – Т. 65. –
№ 1. – С. 29.
15. Гурфинкель,
В.С. Мышечная рецепция и обобщенное описание положения тела / В.С. Гурфинкель,
Ю.С. Левик // Физиология человека. – 1999. – Т. 25 –
№ 1. – С. 87-97.
16. Данилова,
Н.Н. Психофизиология: учебник для вузов / Н.Н. Данилова. – М.: АспектПресс, 2000. – 373 с.
17. Дорошенко,
В.А. Принципы мозговой организации поведения человека и животных //
Программирующая деятельность мозга человека: межвуз.
сб. науч. тр. / Под ред. А.С. Батуева,
В.А. Дорошенко. – СПб.: Изд-во СПб ун-та, 1992. – С. 50-76.
18. Иванова,
М.П. Роль корковых потенциалов в механизмах управления движениями/ М.П. Иванова
// Сборник научных трудов / Под ред. М.П. Ивановой. – М., 1984. – С. 3-20.
19. Ильин,
Е.П. Роль сенсомоторных коррекций в образовании и осуществлении двигательных
навыков / Е.П. Ильин // Сенсомоторика и двигательный
навык в спорте: сб. науч. тр. / Под ред. Н.В. Зимкина. – Л., 1973. – С. 57-68.
20. Кадыркаев, Р.А. Биомеханическая
характеристика прыжковых упражнений фигуристов: дис.
… канд. пед. наук / Р.А. Кадыркаев.–
СПб., 2003.– 111 с.
21. Каменская,
В.Г. Характеристика функционального состояния мозга по корреляционным связям
параметров медленных потенциалов при решении сенсомоторных задач / В.Г.
Каменская, Л.В. Томанов, Н.И. Несмелова
// Программирующая деятельность мозга человека: межвуз.
сб. науч. тр. / Под ред. А.С. Батуева,
В.А. Дорошенко. – СПб.: Изд-во СПб ун-та, 1992. – С. 96-107.
22. Козлов,
И.М. Механические свойства мышц как фактор, способствующий регуляции позной и фазной активности двигательного аппарата человека
/ И.М. Шапков // Материалы IХ
всесоюзной научной конференции по физиологии, морфологии, биохимии и биомеханике
мышечной деятельности.– М., 1966. – Т. 2. – С. 34-35.
23. Козловская,
И.Б. Афферентный контроль произвольных движений / И.Б. Козловская. – М.: Наука,
1976. – 295 с.
24. Коренберг,
В.Б. Основы качественного биомеханического анализа / В.Б. Коренберг. – М.:
Физкультура и спорт, 1979. – 208 с.
25. Коровянская, Л.Г. Биомеханическая
структура точностных движений при взаимодействии с внешними силами различной модальности:
дис. … канд. пед. наук /
Л.Г. Коровянская. – Майкоп, 2003. – 137 с.
26. Лешли, К.С. Мозг и интеллект /
К.С. Лешли; пер. с англ.
А.А. Нусенбаума. – М.-Л.: Гос.соц.-эк. изд-во, 1933. – 222 с.
27. Лукирская, Г.П. Электромиографическая
характеристика работы мышц при ударах теннисиста "справа" и
"слева" / Г.П. Лукирская // Материалы Х
всесоюзной научной конференции по физиологии, морфологии, биомеханике и
биохимии мышечной деятельности: тез. докл. – М., 1968. – Т. 2. –
С. 115-116.
28. Лысенко,
В.В. Управление технической подготовленностью квалифицированных спортсменов на
основе компьютерного видеоанализа движений / В.В. Лысенко, Д.А. Романов //
Теория и практика физической культуры. – 2004. – № 8. – С. 30-31.
29. Муравьев,
В.П. Техническая подготовка в беге на короткие дистанции с учетом особенностей
формирования двигательных программ: дис. … канд. пед. наук / В.П. Муравьев. – Л., 1991. – 157 с.
30. Немцев,
О.Б. Биомеханическая структура точностных двигательных действий: автореф. дис. … д-ра пед. наук / О.Б. Немцев. – Майкоп, 2005. –48 с.
31. Полякова,
М.В. Роль ассоциативных систем мозга человека в подготовке двигательных реакций
/ М.В. Полякова // Программирующая деятельность мозга
человека: межвуз. сб. науч.
трудов / Под ред. А.С. Батуева, В.А. Дорошенко. – СПб.: СПбГУ, 1992. – С.
144-159.
32. Правдов, М.А.
Пространственно-временная структура ходьбы у детей дошкольного возраста и
"схема тела" / М.А. Правдов // Физическая
культура: воспитание, образование, тренировка. – 2003. – № 4. – С. 44-46.
33. Пуни,
А.Ц. Психологические основы обучения технике физических упражнений и
тактическим действиям в спорте / А.Ц. Пуни, Е.Н. Сурков // Психология: учеб. для техникумов физич. культуры / Под общ. ред. А.Ц. Пуни. – М.:
Физкультура и спорт, 1984. – С. 188 – 213.
34. Райцин, Л.М. Влияние положения
тела на проявление и тренировку силовых качеств: автореф.
дис. … канд. пед. наук /
Л.М. Райцин. – М., 1972. – 27 с.
35. Розенбаум, Д.А. Когнитивная
психология и управление движением: сходство между вербальным и моторным
воспроизведением / Д.А. Розенбаум // Управление
движениями. – М.: Наука, 1990. – С. 42-51.
36. Рокотова, Н.А. Моторные задачи и
исполнительная деятельность / Н.А. Рокотова, Е.К.
Бережная, И.Д. Богина и др. – Л.: Наука, 1971. – 180 с.
37. Самборский,
А.Г. Современные инструментальные и компьютерные технологии оценки
скоростно-силовых способностей спортсменов / А.Г. Самборский, А.А. Самборский
// Теория и практика физической культуры. – 2004. – № 11. – С. 11-12.
38. Самсонова,
А.В. Методика начального обучения барьерному бегу девочек на основе анализа
координации мышечной активности: дис. … канд. пед. наук / А.В. Самсонова. – Л., 1983. – 166 с.
39. Сепсяков, В.А. Время реакции, как
критерий оценки формирования и реализации двигательной программы при броске
камня в керлинге / В.А. Сепсяков // Актуальные
проблемы психопедагогики образовательной и воспитательной
деятельности: сб. науч. тр. "Вестник БПА".– СПб.: БПА, 1998. – Вып. 24.– С. 40-45.
40. Серов,
С.В. Плиометрические упражнения как средство
скоростно-силовой подготовки спринтеров-легкоатлетов на специально-подготовительном
этапе: дис. … канд. пед.
наук / С.В. Серов. – Л., 1988. – 188 с.
41. Соколов,
А.В. Метод БОС и развитие мышечного чувства у спортсменов / А.В. Соколов, А.М.
Абрамов // Биологическая обратная связь: нейромоторное
обучение в клинике и спорте: сб. науч. тр. – СПб.,
1991. – Вып. 1. – С. 142-155.
42. Соколов,
Е.Н. Нейронные механизмы памяти и обучения / Е.Н. Соколов. – М.: Наука, 1981. –
139 с.
43. Сологуб,
Е.Б. Электрическая активность мозга человека в процессе двигательной деятельности
/ Е.Б. Сологуб. – Л.: Медицина, 1973. – 247 с.
44. Солодков, А.С. Физиология человека.
Общая. Спортивная. Возрастная: учебник / А.С. Солодков,
Е.Б. Сологуб. – М.: Терра-Спорт, Олимпия Пресс, 2001.
– 520 с.
45. Судаков,
К.В. Системное квантование поведения/ К.В. Судаков // Успехи физиологических
наук. – 1983. – Т. 14. – № 1. – С. 3-27.
46. Ухтомский,
А.А. Избранные труды / А.А. Ухтомский. – Л.: Наука, 1978. – 358 с.
47. Фарфель,
В.С. Управление движениями в спорте / В.С. Фарфель. – М.: Физкультура и спорт,
1975. – 208 с.
48. Фомин,
Н.А. Физиологические основы двигательной активности / Н.А. Фомин, Ю.Н. Вавилов.
– М.: Физкультура и спорт, 1991. – 224 с.
49. Ципин,
Л.Л. Специальные упражнения сопряженного воздействия как средство тренировки
бегунов на средние дистанции в подготовительном периоде: дис.
… канд. пед. наук / Л.Л. Ципин. – Л., 1991. – 218 с.
50. Шапков, Ю.Т. Регуляция следящих
движений / Ю.Т. Шапков, Н.П. Анисимова, Ю.П.
Герасименко и др. – Л.: Наука, 1988. – 277 с.
51. Шмидт,
Р. Двигательные системы / Р. Шмидт, М. Визендангер; пер.
с англ. Н.Н. Алипова и др. // Физиология
человека: учебник в 3 т. – М.: Мир, 1996. – Т. 1. – С. 88-127.
52. Deecke, L. Voluntary finger movement in man:
cerebral potentials and tneory / L. Deecke, B. Crozinger, H. Kornhuber //
Biol. Cybernetics, 23, 99 (1976).
53. Fischman, M.G. Skill level, vision and
proprioception in a simpl one-hand catching / M.G. Fischman, T. Schneider // J.
Motor Behavior. – 1985. – V.17 – P. 219-229.
54. Glencross, D.J. Latency and response complexity /
D.J. Glencross // J. Motor Behavior – 1972. – V.4 – P. 241-256.
55. Glencross, D.J. The effects of changes in task
condition on the temporal organization of a repetitive speed skill / D.J.
Glencross // Ergonomics. – 1975. – V. 18. – P. 17-28.
56. Henry, F.M. Increased response latency for
complicated movements and a "memory drum" theory of neuromotor
reaction / F.M. Henry, D.E Rogers // Res. Quart. J. Amer. Assoc.
Health. Phys. Educ. And Recreat. – 1960. – V. 31. – P. 448-458.
57. Keele, S.W. Movement control skilled motor
performance / S.W. Keele // Psychol. Bull. – 1968. – V.70. – P.
387- 403.
58. Keer, B. Task factors that influence selection
and preparation of volantary movements / В. Keer // Information processing in motor control and
learning / Ed. G.E. Stelmach. New York-San Francisco-London: Academic Press, 1978 –
P. 55-69.
59. Klapp, S.T. Relation between programming time and
duration of response being programmed / S.T. Klapp, J. Erwin. //
J. Exp. Psychol.: Human Percept. and Perform. – 1976. – V. 2 – P.
591-598.
60. Lashley, K.S. The problem of serial order in
behavior / K.S. Lashley // Cerebral mehanisms in Behavior / Ed. L.A. Jeffress. NewYork: Wiley, 1951 – P. 112-136.
61. Laszlo, J.I. Task complexity, accuracy and
reaction time / J.I. Laszlo, J.P. Livesey // J. Motоr Behavior. – 1977. – V. 9 – № 2. – Р. 171-177.
62. Millar, S. The development of visual and
kinaesthetic judgement of distansce/ S. Millar // Brit. J. Psychol. – 1972. –
V. 63. – P. 271-282.
63. Roland, P.E. Supplementary motor area and other
cortical areas in organization of voluntary movements in man / P.E. Roland, B.
Larsen, N.A. Lassen, J.E. Skinhoj // J. Neurophysiol. – 1980. – V 43. – Р. 118.
64. Schmidt, R.A. Movement velocity and movement time
as determiners of degree of preprogramming in simple movements / R.A. Schmidt,
D.G. Russel // J. Exp. Psychol. –
1972. – V. 96. – P. 315-320.
65.
66. Summers, J.J. Motor programs / J.J. Summers //
Human Skills / Ed. D. Holding. New York: Wiley, 1989. – P. 49-69.
67. Taub, E. Movement and learning in the absence of
sensory feedback / E. Taub, A.J. Berman // The
neuropsychology of spatially oriented behavior / Ed. S.J. Feedman. Dorsey,
illinois: Homewood, 1968. – P. 172-192.
68. Taub, E. Movement in nonhuman primates deprived
of somatosensory feedback / E. Taub // Exercise and Sport Sciences Reviews. –
1974. – V.4. – P. 335-374.
69. Walter, W.G. Arch. Phychiat. Nervenkr / W.G. Walter.
– 1964. – V. 206. – Р. 309.
70. Woodworth, R.S. The accuracy of voluntary
movement / R.S. Woodworth // Psychol. Rev. (Monogr. Supplement). – 1899. – V. 3 – P. 1-114.