Pierścienie
Powiedzieliśmy sobie ostatnio, że cały proces sterowania i regulacji w ujęciu cybernetycznym został sprowadzony do zamkniętego obiegu informacji, który tworzy się w trakcie powstawania nawyku ruchowego. Na tej podstawie powstawało szereg koncepcji.
Bernstein w swojej koncepcji ten łuk odruchowy zamknął poprzez wprowadzenie sprzężenia zwrotnego. Cała ta koncepcja pierścienia ruchowego opiera się na następujących elementach.
Na receptorach - czyli na tych czujnikach, które odbierają bieżące wartości otoczenia i przekazują je do mechanizmu porównującego, a więc określają wartość faktyczną, to co jest.
Mechanizm porównujący - ten mechanizm wychwytuje różnice poprzez porównanie parametrów programowanych z parametrami faktycznymi, a więc porównuje to co jest z tym co powinno być. Tu idą informacje z receptora do mechanizmu porównującego i do urządzenia programującego i następuje tu porównanie wartości faktycznych z wartościami pożądanymi.
Urządzenie programujące to jest to ogniwo, które określa i podaje pożądane parametry ruchu. W tym urządzeniu programującym możemy wyróżnić dwa mechanizmy. Mechanizm zadający i programujący.
Urządzenie dekodujące - tu następuje pewna synteza ruchowa. Wartości różnic określonych przez mechanizm porównujący zostają zamienione w sygnały korekcyjne podawane przez sprzężenie proste już do regulatora. Tu zostają sformułowane konkretne rozkazy po uzgodnieniu korekt pomiędzy wartością faktyczną, a pożądaną.
Regulator - traktowany jest jako wzmacniacz sterujący już bezpośrednio funkcją efektora wg otrzymanych rozkazów.
Efektor - układ ruchu człowieka, którego praca jest regulowana wg programu.
Zgodnie z tą zasadą pierścienia kolejne informacje od efektora są przekazywane o jego pracy do receptorów i przebieg jest podobny. To jest oczywiście przypuszczalny przebieg informacji jaki zachodzi w trakcie danej czynności.
Współczesne koncepcje ekologiczne, czy związane z samoorganizacją poddają w wątpliwość pewne elementy czy tak faktycznie wygląda przebieg informacji. Tym nie mniej trzeba wskazać iż te modele bazujące na koncepcjach cybernetycznych, regulacyjnych są na dzień dzisiejszy najbardziej powszechnymi i najlepiej opracowanymi.
Na razie pozostajemy przy tych koncepcjach regulacyjnych opartych o pierścienie regulacyjne.
Do receptorów dochodzą dwa rodzaje informacji: informacje wewnętrzne od efektora i informacje zewnętrzne od środowiska zewnętrznego. Obie te informacje podają wartości faktyczne. Zarówno podają je do urządzenia programującego jak i do mechanizmu porównującego. Urządzenie programujące przekazuje program, a więc tą wartość pożądaną, do mechanizmu porównującego który porównuje, analizuje to co być powinno z tym co jest, a więc przebiegiem ruchu. To właśnie porównanie pozwala określić różnice między wartością pożądaną a wartością faktyczną. W ten sposób napięcie mięśni jest dostosowywane do aktualnych potrzeb.
Zatem w takim ujęciu sterowanie i regulacja ruchem polega na stałym, nadążnym porównywaniu wartości pożądanej z wartością bieżącą. Rozszerzając to można powiedzieć, że istota sterowania i regulacji ruchów polega na stałym współdziałaniu sił wewnętrznych czyli mięśni, z siłami zewnętrznymi np.: opór powietrza, siła przeciwnika. Dalsze uściślenie koncepcji sterowania i regulacji ruchami jest możliwe na podstawie analizy uczenia elementu, przede wszystkim celu ruchu, a więc powinniśmy tu określić po co człowiek wykonuje daną czynność, jak ją ma wykonać, dlaczego tak a nie inaczej.
Taki rozbudowany schemat blokowy pierścienia ruchowego uwzględniający więcej tych pierścieni. Mamy tu do czynienia ze sprzężeniem wewnętrznym i zewnętrznym od efektora. Pozostałe kwestie są podobne. Głównie ta sprawa wartości pożądanych i faktycznych.
Jeden z uczniów Bernsteina, Czchaidze opracował taki bardziej złożony schemat przypuszczalnego przebiegu informacji podczas sterowania dowolnymi ruchami człowieka. Czchaidze wprowadził pojęcie dwóch pierścieni regulacyjnych.
Ci którzy dzisiaj pozostają przy pojęciu sterowania tylko, mówią o tzw. pętli otwartej i pętli zamkniętej. Ale to nie jest zbyt ścisłe określenie. Stąd też współczesna nauka podejmująca problemy kontroli ruchu, a także cybernetyka mówi o sterowaniu lub o regulacji. Sterowanie jest to otarta pętla, nie ma tego zamknięcia poprzez sprzężenie zwrotne. Natomiast w regulacji „close loop” a więc zamkniętej pętli, od efektora jest te sprzężenie zwrotne. Stąd też lepiej mówić o sterowaniu kiedy mamy do czynienia z łukiem, otwartym łańcuchem i o regulacji kiedy mamy do czynienia z pierścieniem zamkniętym.
Wracając do tego schematu Czchaidze. Wprowadził pojęcie dwóch pierścieni regulacyjnych, wskazał też na hierarchiczne podporządkowanie pierścienia wewnętrznego zewnętrznemu. Takie przedstawienie obiegu informacji wymagało także odpowiednich pętli sprzężenia zwrotnego oraz wydzielenia dwóch ośrodków syntezy i mechanizmów porównujących. Są również dwa elementy związane z programem. A więc mechanizm zadający program i właściwy mechanizm programujący. Natomiast sprzężenie proste związane z serwomechanizmem jest wspólne dla obu pierścieni regulacyjnych.
Zewnętrzny pierścień regulacyjny prowadzi informacje od receptorów wzroku, słuchu, węchu, smaku, dotyku. Informacje te pozwalają na sformułowanie tzw. znaczeniowej części programu. Tę część możemy sobie wyraźnie uświadomić, określa ta część to co należy robić, jakie zadanie ma być wykonane. To jest związane z pierścieniem zewnętrznym.
Pierścień wewnętrzny prowadzi informacje od proprioreceptorów. To są te informacje, których nie potrafimy sobie uświadomić i one pozwalają na realizację części wykonawczej programu, a więc znaczeniową, lub wykonawczą. Te informacje nam określają jak należy daną czynność wykonać, w jaki sposób realizować zadanie ruchowe.
W przypadku opanowania nowej czynności ruchowej wiodącą rolę na początku istotną rolę odgrywa zewnętrzny pierścień regulacyjny, jeśli ćwiczymy, doskonalimy detale danej czynności to jest to możliwe już tylko dzięki temu wewnętrznemu pierścieniowi. Przy dalszym ćwiczeniu staje się zbędna kontrola przy pomocy wzroku i innych receptorów, to działa już automatycznie. Jeśli zachodzi jakaś potrzeba przebudowy nawyku wówczas ponownie włącza się zewnętrzny pierścień sterowania ruchem. Trzeba tu wyraźnie określić, że rozdzielenie obu tych pierścieni regulacyjnych jest rzeczą umowną. Podkreślamy to dla lepszego zrozumienia kwestii sterująco-regulacyjnej między nimi istnieje hierarchiczna zależność, wzajemne uzupełnianie się. Udział obu pierścieni regulacyjnych nie jest zawsze jednakowy, zależy to od realizowanych czynności ruchowych. W grach zespołowych górę bierze zewnętrzny pierścień, natomiast w pływaniu wewnętrzny. Funkcje obydwu pierścieni sterowania ruchami pozwalają określić udział świadomości w doskonaleniu czynności. przy czym trzeba zaznaczyć że świadomie doskonalić można tylko część znaczeniową programu ruchowego, ale to oznacza że w ten sposób doskonalimy tylko ogólny obraz ruchu lub możemy dokonać wyboru, określonego wariantu ruchu. Doskonalenie szczegółów ruchu zależy tylko od wewnętrznego pierścienia. Zatem wykonawczą część programu ruchowego można kształtować i doskonalić poprzez wielokrotne powtarzanie różnorodnych wariantów ruchowych.
Jakiś inny model?
W tym modelu ważny jest udział pamięci motorycznej i udział świadomego myślenia. W ten sposób możemy w sposób zamierzony i świadomy ingerować w realizację danej czynności. z modelu tego wynika, że realizowanie zadań regulacyjnych, koordynacyjnych zachodzi poprzez realizację szeregu funkcji częściowych, a więc jest to przede wszystkim odbiór informacji przez receptory. Kolejna funkcja to jest synteza informacji aferentnej lub reaferentnej. Kolejne funkcje związane są z programowaniem przebiegu czynności oraz przewidywaniem rezultatów pośrednich i końcowych. Dalej w realizacji wykorzystujemy pamięć motoryczną oraz myślenie. To są dwa ogniwa które wykorzystujemy w realizacji. Oczywiście musi nastąpić pewna synteza informacji eferentnej i przekazywanie impulsów sterujących i korekcyjnych do efektorów. Naturalnie następuję dalej realizacja ruchu przez aparat wykonawczy. Następnie następuje porównanie informacji z celem i programem działania.
Tak pokrótce wyglądałaby kwestia procesów regualcyjnych bazujących na koncepcji pierścieni, a więc bazujących na zasadzie zamkniętej pętli sterująco-regulacyjnej.
W tych koncepcjach cybernetycznych mieści się także koncepcja, która wspiera się na tej pętli otwartej, a więc charakteryzująca faktycznie mechanizm sterowania, a nie regulacji. A więc o te sterowanie „open”, gdzie z centrum sterowania pewne impulsy zostają przekazane do efektora. Oczywiście w realizacji różnorodnych czynności mamy do czynienia z taką formą kontroli ruchu. Dotyczy to zwłaszcza ruchów balistycznych gdzie nie ma czasu na regulujące działania, na sprzężenie zwrotne. w oparci o tę zasadę „open loop” opracowano koncepcje tzw. wewnętrznych reprezentacji ruchowych. Najprościej ujmując te wewnętrzne reprezentacje ruchowe można by ująć jako całą treść pamięci, która umożliwia wykonanie ruchu. Ta treść pamięci to wszystkie stany i procesy pamięciowe będące podłożem aktywności. Jest to pewna zamierzona organizacja ruchu oparta na pewnych konstruktach w postaci programu, schematu, modeli, wyobrażeń jako czynników generujących ruch. One pozwalają łączyć zgromadzone informacje i doświadczenia w realizację procesu sterowania. Oczywiście te wewnętrzne reprezentacje nie są bezpośrednio widoczne. Muszą być one odkrywane w trakcie zachowania ruchowego. W tej koncepcji istnieją pewne gotowe schematy, które zostają uruchomione w trakcie wykonywania konkretnych czynności motorycznych. Koncepcja wewnętrznych reprezentacji ruchowych ma wiele zasadnych elementów, które faktycznie potwierdzają się w codziennych działaniach motorycznych człowieka, natomiast jest też wiele elementów niepełnych, nie do końca rozwiązanych, a co jest już z pewnością zasadne, nie można budować, czy interpretować mechanizmy kontroli ruchu wyłącznie o tę koncepcję otwartych pętli sterowania. Te cybernetyczne modele pierścieni regulacyjnych i reprezentacji ruchowych odgrywają jednak po dzień dzisiejszy dominującą rolę w wyjaśnianiu mechanizmów kontroli.
Te opisane koncepcje łączą się częściowo w modelu opracowanym przez Schmidt'a. Jest to model działania ruchowego. Model Schmidt'a który łączy reprezentacje ruchowe, a więc w postaci zgeneralizowanego programu motorycznego oraz schematy, które określają programy dla inicjacji oraz oceny ruchu. Ten model Schmidt'a ujmuje w sposób zintegrowany obydwie te koncepcje i pierścieni regulacyjnych, a także programów motorycznych.
Te ruchy cybernetyczne nie do końca wyjaśniają mechanizmy kontroli motorycznej. Próbuje się tu człowieka porównać z komputerem. To wynika z analizy szczegółów związanych z przebiegiem informacji w mózgu i z przebiegiem informacji w komputerze. Jednym z głównych mankamentów wysuwanych jest tutaj ograniczenie modelowania kontroli ruchu do samego organizmu, a tym samym niedostateczne uwzględnienie informacji środowiskowej.
W modelowaniu tej kontroli ruchu ujawnia się przy tym stale podstawowy problem tzn. że transformacja subiektywnej intencji, subiektywnego zamiaru w obiektywną neuro-mięśniową motoryką i w końcu w biomechaniczny ruch pozostaje nadal kwestią zagadkową. Mimo tych wątpliwości, wysuniętych zastrzeżeń, trudno nie dostrzec bogactwa danych empirycznych. One pozostają nadal bardzo istotne w podejmowaniu badań nad kontrolą ruchu, wyjaśnianiu optymalizacji mechanizmów kontroli regulacji czynności ruchowych.
1
Agnieszka Szojda