Procesy sterowania i regulacji
Koordynacja ruchu jest pojęciem bardzo często występującym w naukach o kulturze fizycznej. Oznacza ono scharmonizowanie, uporządkowanie, współdziałanie. Najogólniej mówiąc koordynacja ruchowa polega na współdziałaniu mechanizmów fizjologicznych, głównie neuro-mięśniowych zapewniających wykonanie realnego ruchu i to zgodnie z założonymi celami. Więc koordynacja jest zatem pojęciem charakteryzującym pewne procesy, które zachodzą wewnątrz organizmu. Procesy, które nazywamy zwykle procesami sterowania i regulacji czynnościami ruchowymi. Te procesy mogą zachodzić na podstawie informacji które docierają do poruszającego się i na podstawie przetwarzania informacji. Stąd też często o koordynacji mówimy także, że to jest proces organizacji informacji. To są te dwa podstawowe procesy sterowania i regulacji.
Proces sterowania sprowadza się do przetwarzania informacji i przekazania ich do narządu wykonawczego.
Proces regulacji polega na doskonaleniu, korygowaniu wykonywanej czynności dzięki stale napływających nowych informacji.
W procesie sterowania mamy do czynienia z jakimś bodźcem, który niesie ze sobą jakieś informacje, one zostają przetworzone i następuje działanie. Natomiast w regulacji to, to działanie daje kolejne informacje, które znowu zostają przetwarzane i albo czynność ta zostaje udoskonalona albo skorygowana, jeśli nie jest wykonywana zgodnie z założeniami danej czynności. w takim ujęciu, pojęcie koordynacji obejmuje wzajemne dostosowanie i uzgodnienie wszystkich składników ruchu skierowanych na osiągnięcie danego celu, konkretnego działania. Nie można tej kwestii ograniczyć do obszaru dotyczącego jedynie samej osoby poruszającej się. Ruch, czynność ruchowa jest zawsze ruchem w sytuacjach. Odbywa się w określonej sytuacji, w określonym środowisku stąd też należy wyodrębnić koordynację wewnętrzną tzn. związaną wyłącznie z systemem poruszającego się, ale także koordynację zewnętrzną tzn. musimy uwzględniać związki pomiędzy systemem poruszającym się, a środowiskiem. Dlatego też w pełnym ujęciu koordynację ruchową należy traktować jako wzajemne uzgadnianie wszystkich komponentów ruchu we współdziałaniu człowieka i środowiska.
Badania nad koordynacją ruchu mają wieloletnie tradycje. Jednak decydujące znaczenie dla ich intensyfikacji miały dwa czynniki: chodzi mianowicie o tzw. koncepcyjne zwroty związane z poruszaniem się dwóch teoretycznych dociekań, badań, racji tzw. cybernetycznych dyscyplin. Chodzi tu o teorię systemów i teorię informacji. One dokonały tu zasadniczego zwrotu w interpretacji zagadnień koordynacji czy kontroli ruchu. Późniejszy zwrot związany jest z nowymi podejściami rozwiązywania problemu koordynacji u podstaw których legły teorie samoorganizacji, synergetyki, a także teorie ekologiczne. Te trzy teorie to są najnowsze dokonania ostatnich lat. Są to teorie, które niosą dodatkowe elementy wyjaśniające problem koordynacji, aczkolwiek nie można się zgodzić że one stanowią alternatywne w stosunku do cybernetycznych koncepcji.
Te dwa główne zwroty. Ten jeden cybernetyczny, związany z teoriami informacji i z teorią systemów i drugi nowszy związany z teoriami ekologicznymi, synergetyki czy samoorganizacji.
Tu trzeba wskazać, że początków tego cybernetycznego trzeba upatrywać w neurologicznie zdominowanych modelach prezentowanych pracach głównie fizjologów rosyjskich. Należałoby tu wspomnieć głównie o Bernsteinie.
Inny kierunek te badania przybrały na gruncie Amerykańskim, w ramach koncepcji motorycznej zwanej „open loop” i „close loop” czyli pętli otwartych i zamkniętych. Jeśli chodzi o te najnowsze orientacje poznawcze to jest to ciekawe, że także i te cybernetyczne i te ekologiczne odwołują się także do Bernsteina. Bo u Bernsteina w samych początkach można zaobserwować pewne integracyjne podejście, stąd też i jedni i drudzy odwołują się do tego uczonego.
W samym rozwoju człowieka nie jest wszystko podporządkowane koncepcji przyczyna-skutek. Wiele rzeczy dzieje się zupełnie przypadkowo, rozwój nie jest liniowy. Stąd też zasadne jest stwierdzenie, że istnieje ogromna liczba stopni swobody, także w rozwoju człowieka, także w rozwoju motorycznym. Oczywiście można pewne typy rozwojowe określić, jakieś tam kanały, ale te wszystkie opracowania, normy populacyjne to ma bardzo ograniczone znaczenie. Jedynie zasadne znaczenie odnosi się do porównań międzypopulacyjnych, natomiast narzucanie pewnych norm dla aktualnej populacji jest pewnym zafałszowaniem rzeczywistości, bo tych uśrednionych okazuje się że w ogóle nie istnieją, a przy tym gubi się proces indywidualnych aspektów.
Te funkcjonujące dzisiaj modele koordynacji motorycznej można sprowadzić do dwóch odmiennych koncepcji:
koncepcji funkcjonalnych
koncepcji strukturalnych
Na przestrzeni ostatnich kilkunastu lat toczyła się dyskusja, ale pod koniec ubiegłego wieku ujawniły się już tendencje w kierunku poszukiwania wspólnych obszarów, a nie różnic. Więc pewne tendencje integracyjne zaczęły się przejawiać co jest najbardziej zasadnym rozwiązaniem.
Więc takiego podejścia uwzględniającego głównie strukturę motorycznej kontroli. U podstaw właśnie tych orientacji leży paradygmat w trzech badaniach w procesie kontroli. Tutaj zasadniczymi elementami są: mechanizm sprzężenia zwrotnego, centralna reprezentacja oraz hierarchiczna organizacja, a więc wyższe centralne piętra decydują o funkcjonowaniu niższych. Koncepcje te próbują ująć kontrolę ruchu metodą cybernetyczną opierając się na budowaniu analogii funkcjonalnej komputer-człowiek. W realizacji kontroli ruchu jednostka wykazuje względną samodzielność w stosunku do środowiska. Postrzeganie i ruch interpretuje się tu jako relatywnie niezależne od siebie. To jest zupełnie odmienne w stosunku np.: do ekologicznych koncepcji. W ramach tej orientacji istotne są tu dwa modele, które bazują na przetwarzaniu informacji w tych cybernetycznych koncepcjach.
1. To są te modele regulacji ruchu, albo pierścieni regulacyjnych
2. To są te modele wewnętrznej reprezentacji.
Te koncepcje bazują głownie na hierarchicznych modelach ruchu. Można by to schematycznie przedstawić w ten sposób. Zawsze z najwyższego piętra idą impulsy, rozkazy do niższych pięter i one je uaktywniają.
Przybliżmy zatem te modele kontroli ruchu które bazują na systemie pierścieni regulacyjnych. W tym ujęciu organizm ludzki opisany jest jako złożony układ sterowania i regulacji posiadający duża liczbę wejść i wyjść. Koordynacja sprowadza się zatem do neurofizjologicznych mechanizmów organizacji informacji, to jest funkcjonalnego systemu sterowania i regulacji. Naturalnie trzeba wyjść od materialnego substratu w którym się to wszystko odbywa.
Procesy regulacyjne obejmują wszystkie elementy systemu organizacji informacji. Jakie to są te elementy.
Odbieranie informacji, przyjmowanie informacji (ze środowiska, lub z narządów wykonawczych) - , a więc w tym elemencie odbierania informacji istotna jest sprawność tele-, kontakto-, proprio- i wisceroreceptorów. Jest to przede wszystkim sprawność funkcjonalna wszelakich receptorów. Współdziałanie między tymi analizatorami.
Przetwarzanie informacji - chodzi tu o sprawność syntezy aferentnej i reaferentnej. Aferentacja polega na tym że jakieś bodźce przyjmujemy i zostają przekazane do wyższych pięter. Reaferentacja to jest z narządu wykonawczego, a więc od efektora następuje zwrotna informacja. Optymalizacja procesów pobudzenia, hamowania, torowania, szybkość, zróżnicowanie przewodzenia impulsów, ale także sprawność procesów koncepcyjnych, optymalizacyjnych, decyzyjnych dotyczących wewnętrznych reprezentacji ruchowych. To jest także efektywność współdziałania korowych i podkorowych struktur w powstawaniu i uruchamianiu projektów. Efektywność procesów programowania, porównywania informacji. A więc to jest ogromny kompleks procesów przetwarzających informacji, które do nas docierają.
Gromadzenie informacji - chodzi tu o skuteczność tworzenia i utrwalania engramów, i łączenie ich w neuronalne sieci w synapsach komórek nerwowych. Należy tu także uwzględnić samoregulujące procesy postrzegania i działania, gromadzenie śladów postrzegania, gromadzenie programów i schematów ruchowych, doświadczeń i naturalne skuteczność adekwatnego ich wykorzystania w danej sytuacji. A więc to wszystko jest związane z pamięcią.
Przekazywanie, odprowadzanie informacji - chodzi tu o sprawność sterowania narządem wykonawczym. Będą optymalne synergie, fiksacje mięśniowe, efektywność rozluźnienia mięśni, ekonomizacja i sprawność intermuskularnej regulacji.
To są te cztery elementy systemu organizacji informacji, które decydują o skuteczności sterowania i regulacji czynnościami ruchowymi. Neurofizjologiczne substraty i mechanizmy organizacji informacji w procesie realizacji ruchu są niezwykle złożone i nie do końca poznane.
U podłoża wszelkich czynności ruchowych leży odruch. Reakcje odruchowe zabezpieczają podstawowe zadania obronne organizmu.
1. Stanowią fundament dla rozwoju motorycznego jednostki. Stanowią też podłoże nabytych czynności ruchowych, a więc stanowią część składową globalnej motoryki człowieka.
2. Informacje przebiegające przez różne ośrodki i piętra OUN pozostawiają określone ślady tzw. engramy tworząc w ten sposób mniej lub bardziej utrwalone połączone sieci neuronalne, mechanizmy kodowania i transmisji. One stanowią podstawę systemu regulacji ruchu.
3. Powstające engramy należy najprawdopodobniej zlokalizować w synapsach komórek nerwowych. W tym fakcie można upatrywać podstawowy mechanizm gromadzenia informacji.
4. Neurofizjologiczne mechanizmy organizacji informacji w czasie motorycznych działań wyjaśnia się jako skomplikowane, wzajemne współdziałanie kojarzeniowych i ruchowych pól korowych ze zwojami podstawy, móżdżkiem i wzgórzem. Struktury te odgrywają główna rolę w określaniu koncepcji, planowaniu, realizacji i korekcie danych programów ruchowych. Naturalnie istotne są także funkcje receptorów, jest to związane głównie z inicjowaniem i korekcją oraz funkcje efektorów związane z pracą realizacyjną.
To jest pewne przyporządkowanie struktur CUN, układu ruchu z konkretnym systemem sterowania i regulacji. Oczywiście jest to schematyczne ujęcie, w szczegółach wygląda to bardziej złożenie. W inny sposób można by to ująć że ta struktura układu nerwowego, jaką rolę poszczególne piętra tego układu spełniają w kontroli motorycznej, ich rola w wykonywaniu ruchu.
Realizacja czynności ruchowej jest oparta na całym systemie organizacji. System sterowania i regulacji. Jest to nie tylko związane z fazą sensomotoryczną, ale także z tymi fazami, które poprzedzają fazę realizacji, a więc aktywacją, projektowaniem, planowaniem, tworzeniem programów i wreszcie z wykonywaniem ruchów albo z przyjmowaniem określonej postawy.
Programy ruchowe wypracowane w ośrodkach koncepcyjnych, optymalizacyjnych i decyzyjnych CUN przekazywane są do efektorów za pośrednictwem dwóch głównych systemów projekcyjnych, sterujących (system piramidowy i pozapiramidowy), które kończą się wspólną drogą.
System piramidowy - stanowią pola ruchowej kory mózgowej, których neurony stanowią drogi korowo-rdzeniowe i korowo-motoneuronalna przenoszące informacje do rdzenia. Pola ruchowe kory otrzymują sygnały z proprioreceptorów, a niektóre z receptorów wzroku i słuchu. Poprzez układ piramidowy kora ruchowa zawiaduje złożonymi ruchami dowolnymi. Chodzi tu o dobieranie odpowiednich programów, tworzenie, hamowanie aktywności niższych ośrodków i bezpośrednia kontrola ruchów sekwencyjnych.
System pozapiramidowy - zawiaduje czynnościami automatycznymi i półautomatycznymi. Wieloneuronowe drogi tego systemu mają zdolność przyjmowania informacji o aktualnej sytuacji w układzie ruchu oraz w środowisku zewnętrznym. Tym samym system ma możliwość bieżącego kontrolowania działań ruchowych i realizacji napięcia nerwowego. Struktury tego układu współdziałają z systemem piramidowym i występują na wszystkich piętrach UN.
Chciałbym podkreślić szczególną rolę jaka przypada zwojom podstawy. Kierują one i kontrolują skuteczność czynności ruchowych. Dysfunkcje w tym zakresie przejawiają się w zaburzeniach napięć mięśniowych i wykonaniu ruchów dowolnych.
Istotną rolę odgrywa także móżdżek w kontroli ruchu. Móżdżek swoją funkcja wchodzi zarówno w układ piramidowy jak i pozapiramidowy. Kontroluje on znaczną część ruchów człowieka np.: równowagę. Przede wszystkim jednak móżdżek uczestniczy w tworzeniu wszystkich programów ruchowych na kolejnych etapach ich powstawania i korekcji. Móżdżek współdecyduje zatem w opanowaniu i doskonaleniu czynności ruchowych. Ostatnim ogniwem jest wspólna droga doprowadzająca informacje do efektora.
Zróżnicowanie struktur CUN oraz specyficzność ich funkcji sterująco-regulujących stała się podstawą sformułowania teorii poziomów konstrukcji ruchów. Autorem tej teorii jest Bernstein. Widzimy tu te pięć poziomów o których chciałbym też wspomnieć. Ta koncepcja dzisiaj przeżywa swój renesans.
Poziom „a” najniższy, poziom paleokinetycznych regulacji - związany z jądrem czerwiennym i rdzeniem. Tu chodzi o to, że on jest głownie związany z regulacją tonusu mięśni, z segmentową motoryką. Chodzi tu głownie np.: o utrzymywanie postawy w staniu, o jakieś tam kołowe ruchy odruchowe np.: dotknięcie gorącego przedmiotu.
Poziom „b” - poziom synergii mięśniowej. Związany ze wzgórzem. Najkrócej mówiąc jest to regulacja synergiami mięśniowymi i opracowaniem pewnych wzorców. Tu np.: chodzi o to że lokomocja stanowi podłoże, podkład innych czynności np.: bieg jest tym podłożem umożliwiającym wykonywanie różnych czynności u piłkarza. Tutaj wracając do tego ruchu kołowego to dla tego poziomu będzie typowe sterowanie czy regulacja krążenia ramionami.
Poziom pola przestrzennego - związane z komórkami piramidalnymi ciał prążkowanych. Tutaj chodzi głównie o kontrolę przemieszczenia ciała w przestrzeni. Dalej chodzi o kontrolę zgodności przestrzennej ruchu oraz o tworzenie syntezy przestrzennej. Stąd też w tym poziomie pola postprzestrzennego wyodrębnił Bernstein dwa podpoziomy, subpoziomy: poziom C1 - jest związany ze sterowaniem i regulacją zgodności przestrzennej ruchu, a C2 - jest związany z tworzeniem syntezy przestrzeni ruchu. W praktyce będzie to dotyczyło regulacji takich połączonych czynności jak bieg z .........czy wracając do tego ruchu kołowego to na tym pierwszym poziomie dotyczyłoby to np.: obrysowywanie koła, a na podpoziomie C2 rysowanie koła.
Poziom działania przedmiotowego - związany z płatem ciemieniowym i polem przedśrodkowym. To jest kontrola realizacji ruchów przedmiotami. Będzie tu chodziło głownie o czynności produkcyjne, techniczno-taktyczne, manipulowanie przedmiotami. Wracając do ruchu kołowego to na tym poziomie można by to odnieść do szycia igłą.
Poziom działania symbolicznego - związany z najwyższymi ośrodkami korowymi. Chodzi tu o regulację ruchami symbolicznymi np.: ruchy mima, tancerze, aktorzy. Wracając do naszego przykładu z kołem no, to koło jest symbolem jakiejś liczby 0 albo litery O.
Te przytoczone przykłady ruchów kołowych ręki w sensie pracy układu ruchu są mechanicznie biorąc jednakowe, różnią się natomiast w znaczeniu. Czyli odzwierciedlają lub zawierają zupełnie inną treść. Stanowią różne zadania. Mówiliśmy już o tym że w takim ujęciu cybernetycznym organizm ludzki, układ sterująco-regulujący opisany jest jako złożony układ sterowania i regulacji o ogromnej liczbie wejść i wyjść.
W takim ujęciu badanie procesu koordynacji jest o tyle ułatwione że w pewnym sensie można pominąć szczegóły struktur uczestniczących w tym procesie, które są trudno dostępne w badaniu bezpośrednim i dzięki temu można dokonywać oceny na podstawie porównywania informacji na wejściu i na wyjściu. Wprowadzanie tych zasad cybernetycznych jeszcze z jej generalną zasadą sprzężenia zwrotnego feedback pozwoliło na zmodyfikowanie tej teorii odruchów i zastosowania jej do wyjaśnienia zachowania ruchowego człowieka.
Te cybernetyczne, aczkolwiek nie są one jakimś rozwiązaniem absolutnym, natomiast pozwalają na zupełnie inne, głębsze wyjaśnienie zachowania ruchowego człowieka.
Sprzężenie zwrotne jest tym elementem najbardziej istotnym. Ma na celu informowanie ośrodków centralnych o przebiegu czynności ruchowej. Umożliwia to kontrolę działalności obwodowej mięśni, a więc umożliwia kontrolę przebiegu czynności ruchowej i wnoszenie na bieżąco koniecznych poprawek w razie odchylenia między ruchem wykonywanym, a zamierzonym. W ten sposób schemat łuku odruchowego został uzupełniony ogniwem sprzężeń zwrotnych i obwód został zamknięty. Z łuku powstaje więc pierścień i to jest podstawowa zasada funkcjonowania tych regulacji w oparciu o pierścienie regulujące. Ten obwód został zamknięty i powstał pierścień jak to neurofizjolodzy określają jako pierścień ruchowy. Sprzężenie zwrotne jest tu niezbędnym elementem każdego układu zamkniętego, zdolnego do samoregulacji. Już Bernstein przedstawił taki pierwszy model sterowania i regulacji.
1
Agnieszka Szojda