Межконечность координации
Межконечность – это координация работы левых и правых конечностей. Его можно разделить на два типа действий: бимануальная координация и координация рук или ног. Такая координация задействует различные части нервной системы и требует механизма сенсорной обратной связи для нейронного контроля конечностей. Модель можно использовать для визуализации основных функций, центра управления локомоторными движениями и нейронного контроля координации между конечностями. Этот координационный механизм можно изменить и адаптировать для повышения эффективности передвижения у взрослых и развития моторики у младенцев. для лечения ЦНС повреждений в результате инсульта и болезни Паркинсона Адаптивная особенность межконечной координации может быть применена и в будущем .
Типы межконечной координации
[ редактировать ]Бимануальная координация
[ редактировать ]Бимануальная координация предполагает координацию двух рук при бимануальном действии, что позволяет двум рукам одновременно двигаться при выполнении задач. [ 1 ] Примеры бимануальной координации включают хлопанье в ладоши, открытие крышки бутылки двумя руками или набор слов на клавиатуре обеими руками.
Координация рук/ног
[ редактировать ]Координация рук и ног включает в себя координацию верхних и нижних конечностей, включая ипсилатеральную сторону тела (например, левая рука и левая нога) или контралатеральную сторону (обе стороны конечностей). Примеры включают ходьбу и скалолазание.
Механизмы межконечной координации
[ редактировать ]Нервная система, участвующая в координации между конечностями.
[ редактировать ]В такую координацию включены различные отделы головного мозга, в том числе премоторная кора (ПМК), теменная кора , мезиальная моторная кора, дополнительная моторная область , поясная моторная кора, первичная моторная кора мозжечка и спинной мозг . [ 2 ]
Механизм сенсорной обратной связи
[ редактировать ]сенсорной механизм В координации между конечностями участвует обратной связи. Сенсорные рецепторы , в том числе мышечные веретена и сухожильные органы Гольджи в конечностях, сначала будут стимулироваться внешними раздражителями (например, давлением прикосновения к объекту), затем генерируют сенсорную обратную связь и отправляют информацию в нервную систему по афферентным путям. [ 3 ] После получения обратной связи центральная нервная система (ЦНС) генерирует внутреннюю схему ориентации и движения конечностей. [ 4 ] что позволяет нервной системе отслеживать последствия действий, чтобы можно было обеспечить эффективную сенсорную регуляцию конечностей. Это позволяет независимо модифицировать движения конечности, чтобы лучше справляться с задачами.
Типы механизма сенсорной обратной связи
[ редактировать ]Существует два типа сенсорной обратной связи: внутренние и внешние пути. Внутренняя обратная связь будет получена только от собственного движения организма. [ 5 ] а значит, это внутреннее физическое ощущение движения, совершаемого организмом. Например, человек может почувствовать сжатие кулака без какого-либо внешнего стимула , поскольку для этого требуется плотно сложить пальцы в центр ладони и положить большой палец на сложенные пальцы. Напротив, внешняя обратная связь должна быть получена из внешних источников из окружающей среды. Например, наши пальцы могут чувствовать тепло от кипящей воды и боль от укола иглой, потому что рецепторы тепла и боли получают внешние раздражители из окружающей среды.
Моделирование координации между конечностями
[ редактировать ]Основные функции
[ редактировать ]Координация между конечностями может быть представлена интегрированной моделью, которая содержит центральный генератор паттернов (ЦПГ), нелинейные мышцы, шестигранную геометрию и репрезентативный проприоцептивный сенсорный путь. Одномерные фазовые генераторы используются для стимуляции движения мышечных пар агонист-антагонист . Различные фазы осцилляторов отвечают за демонстрацию движений между конечностями. Конкретный осциллятор по отношению к конкретной мышце конкретной конечности может показывать прогрессирование и развитие этой конечности посредством ее движения, например, прогрессирование и развитие цикла шагов левой конечности при ходьбе. Рефлекторный ответ (например, сокращение бицепса и расслабление трицепса при сгибании локтя) также включен в модель с использованием стереотипных последовательностей импульсов для представления, так что механизм рефлексивной обратной связи также можно продемонстрировать во время движения мышц. [ 6 ]
Центр управления локомоторными движениями
[ редактировать ]Спинной мозг является ядром нейронного контроля локомоции. Этот орган является интегративным центром ЦНС двигательного контроля, он осуществляется путем получения сенсорной информации от периферических рецепторов для контроля и корректировки движений. [ 7 ] Центральный генератор паттернов (CPG) модели моделируется как сеть спинномозговых нейронов , которая контролирует базовую двигательную активность. [ 8 ] Эффективное передвижение модели должно включать гибкую координацию нейронных сетей спинного мозга, что позволяет использовать различные модели походки и независимое использование конечностей. Эта гибкая координация может быть достигнута путем интеграции в модель внутреннего механизма регуляции спинного мозга, соматосенсорной обратной связи от конечностей и различных супраспинальных путей. [ 9 ]
Механические связи между конечностями и туловищем важны для стабилизации координационных движений нескольких конечностей. Взамен ЦНС будет получать информацию о механическом состоянии конечностей и туловища при взаимодействии с окружающей средой посредством соматосенсорной обратной связи с периферии. [ 9 ]
Контроль координации рук и ног во время передвижения человека.
[ редактировать ]Ритмическое движение рук во время двуногой ходьбы генерируется пассивными биомеханическими связями и нервными командами, генерируемыми спинальными локомоторными CPG, которые контролируют ритмические движения рук и ног. [ 10 ] Хотя движение рук менее важно для поддержания динамической устойчивости во время двуногой ходьбы, руки остаются ритмически скоординированными с ногами. ЦНС человека интегрировала новые механизмы управления в уже существующие цепи, чтобы удовлетворить потребность в новых функциональных требованиях.
Нейронная связь между руками и ногами может быть представлена связью между электромиографической (ЭМГ) активностью верхней конечности и кинематикой ног. Мышцы верхней конечности проявляют ритмичную активность, связанную с размахиванием руки, даже когда рука парализована. [ 11 ] ЭМГ-активность показывает, что координация движений рук и ног по-прежнему обеспечивает стимуляцию конечности независимо от подвижности конечностей.
Схематическое изображение нейронного контроля координации между конечностями.
[ редактировать ]Каждая конечность имеет свой собственный спинно-локомоторный CPG, схематическое изображение может проиллюстрировать взаимодействие между частями CPG, контролирующими сгибательную и разгибательную активность. [ 12 ]
Адаптации координации между конечностями
[ редактировать ]Контроль координации между конечностями является точным и гибким, поэтому люди могут сохранять динамическую стабильность в постоянно меняющейся среде, например, при изменении скорости или переходе от одного типа походки к другому. [ 9 ]
Изменение моделей походки взрослых.
[ редактировать ]Недавние исследования показали, что адаптивные изменения происходят только при координации между конечностями, но не происходят при координации внутри конечностей (координация на одной конечности, но в разных суставах). [ 13 ] с разделенными ремнями В эксперименте использовалась беговая дорожка (беговая дорожка, содержащая два ремня, которые могут приводить в движение каждую ногу с разной скоростью). Это вмешательство изменяет скорость ходьбы или бега пользователей. Участникам предлагалось попеременно ходить с разной скоростью, а параметры локомоторики использовались для расчета движения конечностей во время цикла походки. У испытуемых появились новые двигательные паттерны после ходьбы по беговой дорожке, что указывало на то, что новый паттерн координации между конечностями был адаптирован и сохранен у участников. [ 13 ]
Развитие моторики у грудничков
[ редактировать ]Было обнаружено, что возраст связан с изменениями в координации между конечностями, такими как корреляция между положениями конечностей или между скоростями конечностей . Изменения и улучшения координации между конечностями с возрастом признаны важным явлением в развитии крупной моторики у детей раннего возраста. Также было обнаружено, что сочетание движений рук и ног может быть предшественником некоторых целенаправленных действий, таких как тянуться и хвататься за руки во время ходьбы на ногах у младенцев. [ 14 ]
Будущее медицинское применение, связанное с координацией между конечностями
[ редактировать ]ЦНС при инсульте Поражение
[ редактировать ]Структуры головного мозга, поражаемые при инсульте, не нарушают адаптационную способность межконечной координации и накопления новых межконечных взаимоотношений, в связи с чем у больных с церебральным инсультом оказывается возможность адаптировать новый механизм межконечной координации. [ 15 ] Учитывая, что координацию конечностей можно адаптивно изменить, ожидается, что существует вероятность того, что асимметричные модели ходьбы в результате повреждения ЦНС в результате инсульта могут быть улучшены с помощью долгосрочных стратегий адаптивной реабилитации с использованием беговой дорожки с разделенным поясом. [ 13 ] [ 15 ]
болезнь Паркинсона
[ редактировать ]Замирание походки (FOG) — инвалидизирующий симптом, часто встречающийся при болезни Паркинсона . ВОГ является основным фактором риска падения у пациентов с болезнью Паркинсона, и его можно лишь частично уменьшить с помощью лекарств. Известно, что у пациентов с болезнью Паркинсона и ФОГ возникают большие трудности с адаптацией походки к ежедневным движениям. [ 16 ] Кроме того, асимметрия походки связана с ВОГ, поскольку пациенты с ВОГ часто не могут выполнить асимметричные задачи, такие как поворот. Тренировка на беговой дорожке с разделенным поясом (SBT), но не обычная тренировка на беговой дорожке с привязанным поясом (TBT), может использоваться в качестве метода реабилитации для людей с ВОГ, тренируя их способность адаптировать свою походку к асимметричным обстоятельствам. SBT улучшил адаптацию к походке сразу после тренировки и, что более важно, улучшения сохранялись до 24 часов. Преимущество SBT заключается в том, что он модулирует походку более скрыто, без сознательного привлечения внимания к задаче адаптации. [ 17 ] [ 16 ] Кроме того, повторная адаптация модели походки может улучшить гибкую адаптацию движения к новым задачам и может тренировать переключение моторов, что потенциально может улучшить двигательные характеристики более устойчивым образом. Кроме того, при повторном воздействии СБТ цепи мозжечка стали более активно участвовать в процессе адаптации походки. [ 18 ] что, возможно, приведет к улучшению балансировки и, следовательно, к снижению риска падения. [ 16 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Бимануальная координация | Действие, контроль и обучение | Психология и науки о мозге» . Psychology.uiowa.edu . Проверено 18 апреля 2022 г.
- ^ Суиннен, СП; Вангелуве, С.; Вейджманс, Дж.; Коксон, JP; Гобл, диджей; Ван Импе, А.; Сунаерт, С.; Питерс, Р.; Вендерот, Н. (2010). «Общие нейронные ресурсы между навыками координации между левыми и правыми конечностями: нейронный субстрат абстрактных двигательных представлений». НейроИмидж . 49 (3): 2570–2580. doi : 10.1016/j.neuroimage.2009.10.052 . ПМИД 19874897 . S2CID 17227329 .
- ^ Уилсон, Натали М.; Райт, Дуглас Э. (01 января 2014 г.), Зоходне, Дуглас В.; Малик, Раяз А. (ред.), «Глава 30 — Экспериментальная моторная невропатия при диабете» , Справочник по клинической неврологии , диабету и нервной системе, 126 , Elsevier: 461–467, doi : 10.1016/b978-0-444- 53480-4.00030-8 , ISBN 9780444534804 , PMID 25410239 , получено 18 апреля 2022 г.
- ^ Маккиннон, Колум Д. (01 января 2018 г.), Дэй, Брайан Л.; Лорд, Стивен Р. (ред.), «Глава 1 – Сенсомоторная анатомия походки, равновесия и падений», Справочник по клинической неврологии , «Баланс, походка и падения», 159 , Elsevier: 3–26, doi : 10.1016/b978 -0-444-63916-5.00001-x , ISBN 9780444639165 , PMC 7069605 , PMID 30482322
- ^ Гринвальд, Энтони Г. (1970). «Механизмы сенсорной обратной связи в контроле производительности: с особым упором на идеомоторный механизм» . Психологический обзор . 77 (2): 73–99. дои : 10.1037/h0028689 . ISSN 1939-1471 . ПМИД 5454129 .
- ^ Проктор, Дж.; Кукиллая, РП; Холмс, П. (13 ноября 2010 г.). «Нейромеханическая модель передвижения насекомых с уменьшенной фазой: стабильность прямой связи и проприоцептивная обратная связь» . Философские труды Королевского общества A: Математические, физические и технические науки . 368 (1930): 5087–5104. Бибкод : 2010RSPTA.368.5087P . дои : 10.1098/rsta.2010.0134 . ISSN 1364-503X . ПМИД 20921014 . S2CID 8511489 .
- ^ Гертин П.А. Центральный генератор паттернов передвижения млекопитающих. Обзоры исследований мозга. 2009;62(1):45–56. doi:10.1016/j.brainresrev.2009.08.002
- ^ Терджунг, Рональд, изд. (17 января 2011 г.). Комплексная физиология (1-е изд.). Уайли. дои : 10.1002/cphy.cp010226 . ISBN 978-0-470-65071-4 .
- ^ Jump up to: а б с Фригон, Ален (01 июня 2017 г.). «Нейральный контроль координации между конечностями во время передвижения млекопитающих» . Журнал нейрофизиологии . 117 (6): 2224–2241. дои : 10.1152/jn.00978.2016 . ISSN 0022-3077 . ПМЦ 5454475 . ПМИД 28298308 .
- ^ Дитц, Волкер; Мишель, Ян (2009). «Двуногие люди используют координацию четвероногих во время передвижения». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1164 (1): 97–103. Бибкод : 2009NYASA1164...97D . дои : 10.1111/j.1749-6632.2008.03710.x . ПМИД 19645886 . S2CID 33657268 .
- ^ Куц-Бушбек, Иоганн П.; Цзин, Бо (01 апреля 2012 г.). «Активность мышц верхних конечностей при ходьбе человека». Журнал электромиографии и кинезиологии . 22 (2): 199–206. doi : 10.1016/j.jelekin.2011.08.014 . ISSN 1050-6411 . ПМИД 21945656 .
- ^ «Разница между мышцами-сгибателями и мышцами-разгибателями» . Сравните разницу между похожими терминами . 7 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с Райсман, Дарси С.; Блок, Ханна Дж.; Бастиан, Эми Дж. (2005). «Координация между конечностями во время передвижения: что можно адаптировать и сохранить?» . Журнал нейрофизиологии . 94 (4): 2403–2415. дои : 10.1152/jn.00089.2005 . ISSN 0022-3077 . ПМИД 15958603 .
- ^ Канемару Н., Ватанабэ Х., Тага Г. 2012. Повышение избирательности координации между конечностями во время спонтанных движений у младенцев в возрасте от 2 до 4 месяцев. Экспериментальное исследование мозга. 218(1):49–61. doi:10.1007/s00221-012-3001-3.
- ^ Jump up to: а б Райсман, Д.С.; Витик, Р.; Сильвер, К.; Бастиан, Эй Джей (29 мая 2007 г.). «Локомоторная адаптация на беговой дорожке с разделенным поясом может улучшить симметрию ходьбы после инсульта» . Мозг . 130 (7): 1861–1872. дои : 10.1093/brain/awm035 . ISSN 0006-8950 . ПМЦ 2977955 . ПМИД 17405765 .
- ^ Jump up to: а б с Сьюте, Яна; Д'Круз, Николас; Гинис, Питер; Бектепе, Йос Штеффен; Вайссер, Буркхард; Ньюбоер, Алиса; Шленстедт, Кристиан (2020). «Влияние одноразовой тренировки на беговой дорожке с разделенным поясом на адаптацию походки у людей с болезнью Паркинсона и замиранием походки» . Нейрореабилитация и восстановление нервной системы . 34 (10): 954–963. дои : 10.1177/1545968320953144 . ISSN 1545-9683 . ПМИД 32940131 . S2CID 221770364 .
- ^ Бастиан, Эми Дж (2008). «Понимание сенсомоторной адаптации и обучения для реабилитации» . Современное мнение в неврологии . 21 (6): 628–633. дои : 10.1097/wco.0b013e328315a293 . ISSN 1350-7540 . ПМЦ 2954436 . ПМИД 18989103 .
- ^ Райсман, Дарси С.; Бастиан, Эми Дж.; Мортон, Сюзанна М. (01 февраля 2010 г.). «Нейрофизиологические и реабилитационные выводы на основе расщепленного пояса и других парадигм локомоторной адаптации» . Физиотерапия . 90 (2): 187–195. дои : 10.2522/ptj.20090073 . ISSN 0031-9023 . ПМК 2816031 . ПМИД 20023001 .