Двигательное обучение

Двигательное обучение в широком смысле относится к изменениям в движениях организма, которые отражают изменения в структуре и функции нервной системы. Обучение моторике происходит в разные сроки и с разной степенью сложности: люди учатся ходить или говорить в течение многих лет, но продолжают приспосабливаться к изменениям роста, веса, силы и т. д. на протяжении всей жизни. Обучение моторике позволяет животным приобретать новые навыки, а также повышает плавность и точность движений, в некоторых случаях за счет калибровки простых движений, таких как рефлексы . Исследования двигательного обучения часто учитывают переменные, которые способствуют формированию двигательной программы (т. е. лежащее в основе квалифицированного двигательного поведения), чувствительности процессов обнаружения ошибок, и схемы силы движений (см. двигательную программу ). Двигательное обучение является «относительно постоянным», поскольку способность реагировать соответствующим образом приобретается и сохраняется. Временный прирост производительности во время практики или в ответ на какое-либо возмущение часто называют двигательной адаптацией — преходящей формой обучения. Нейробиологические исследования в области двигательного обучения касаются того, какие части головного и спинного мозга отвечают за движения и двигательные программы, а также как нервная система обрабатывает обратную связь, чтобы изменить связность и силу синапсов. На поведенческом уровне исследования сосредоточены на разработке и влиянии основных компонентов двигательного обучения, то есть структуры практики и обратной связи. Время и организация занятий могут влиять на запоминание информации, например, на то, как задачи можно подразделять и выполнять (см. также «Различная практика »), а точная форма обратной связи может влиять на подготовку, предвкушение и руководство движением.

Поведенческий подход

Структура практики и контекстуальное вмешательство

Первоначально контекстуальное вмешательство определялось как «вмешательство в функции обучения, ответственные за улучшение памяти». Эффект контекстуальной интерференции — это «влияние на обучение степени функциональной интерференции, обнаруживаемой в практической ситуации, когда несколько задач необходимо выучить и отрабатывать вместе». Вариативность практики (или разнообразная практика ) является важным компонентом контекстуального вмешательства, поскольку она приводит к вариациям задач в процессе обучения. Хотя разнообразная практика может привести к ухудшению результатов на этапе освоения, она важна для разработки схем, которые отвечают за сборку, а также улучшение сохранения и передачи двигательного обучения.

Несмотря на улучшение производительности, наблюдаемое в ряде исследований, одним из ограничений эффекта контекстуального вмешательства является неопределенность относительно причины улучшения производительности, поскольку постоянно манипулируют большим количеством переменных. В обзоре литературы, авторы отмечают, что было мало закономерностей, объясняющих улучшения в экспериментах, в которых использовалась парадигма контекстуальной интерференции. Хотя в литературе не было выявлено закономерностей, были выявлены общие области и ограничения, оправдывающие влияние помех:

1. Хотя изучаемые навыки требовали движений всего тела, большинство задач имели общую особенность; все они содержали компоненты, которые можно было изолировать.
2. В большинстве исследований, подтверждающих эффект интерференции, использовались медленные движения, которые позволяли корректировать движения во время их выполнения.
3. По мнению некоторых авторов, двустороннюю передачу можно вызвать с помощью альтернативных условий практики, поскольку источник информации может развиваться с обеих сторон тела. Несмотря на улучшения, наблюдаемые в этих исследованиях, эффекты помех не могли быть отнесены к их улучшениям, и это было бы совпадением характеристик задачи и графика практики.
4. Терминология «сложных навыков» не получила четкого определения. Процедурные манипуляции, которые различаются в зависимости от эксперимента (например, изменение сходства между задачами), были названы фактором сложности навыков.

Обратная связь, полученная во время практики

Обратная связь рассматривается как важнейшая переменная для приобретения навыков и в широком смысле определяется как любой вид сенсорной информации, связанной с реакцией или движением. Внутренняя обратная связь возникает в результате реакции — обычно она возникает при совершении движения, а источники могут быть внутренними или внешними по отношению к телу. Типичные источники внутренней обратной связи включают зрение , проприоцепцию и слух . Внешняя обратная связь — это дополненная информация, предоставляемая внешним источником в дополнение к внутренней обратной связи. Внешнюю обратную связь иногда классифицируют как знание производительности или знание результатов.

В нескольких исследованиях изменялись особенности представления информации обратной связи (например, частота, задержка, интерполированные действия и точность) для определения оптимальных условий обучения. См. рис. 4, рис. 6 и сводную таблицу 1. для подробного объяснения манипулирования обратной связью и знания результатов (см. ниже).

Знание производительности

Знания об исполнении (КП ) или кинематическая обратная связь относятся к информации, предоставляемой исполнителю, указывающей на качество или структуру его движения. Он может включать такую ​​информацию, как смещение, скорость или движение сустава. КП имеет тенденцию отличаться от внутренней обратной связи и более полезен в реальных задачах. Эту стратегию часто используют тренеры или специалисты по реабилитации.

Знание результатов

Знание о результатах (KR) определяется как внешняя или дополненная информация, предоставляемая исполнителю после ответа, указывающая на успех его действий в отношении экологической цели. KR может быть избыточным при наличии внутренней обратной связи, особенно в реальных сценариях. Однако в экспериментальных исследованиях это относится к информации, предоставляемой сверх тех источников обратной связи, которые естественным образом получаются при ответе (т. е. обратная связь, вызванная ответом; Обычно КР также является вербальным или вербализуемым. Влияние KR на двигательное обучение хорошо изучено, некоторые последствия описаны ниже.

Экспериментальный дизайн и знание результатов

Часто экспериментаторам не удается отделить относительно постоянный аспект изменения способности реагировать (т. е. свидетельствующий об обучении) от временных эффектов (т. е. свидетельствующих о производительности). Чтобы учесть это, были созданы схемы передачи, которые включают в себя два отдельных этапа. Чтобы визуализировать дизайн переноса, представьте себе сетку 4х4. Заголовки столбцов могут быть озаглавлены «Эксперимент № 1» и «Эксперимент № 2» и указывать условия, которые вы хотите сравнить. Заголовки строк озаглавлены «Приобретение» и «Передача», при этом:

1. Блок сбора данных (2 столбца) содержит условия тестирования, в которых манипулируют некоторой переменной (т. е. применяются разные уровни KR) и разные группы получают разное лечение. Этот блок представляет переходные эффекты KR (т.е. производительность).
2. Блок переноса (2 столбца) содержит условия испытаний, при которых эта переменная поддерживается постоянной (т. е. применяется общий уровень KR; обычно состояние отсутствия KR). При наличии состояния отсутствия KR этот блок представляет собой стойкие эффекты KR (т. е. обучения). И наоборот, если этот блок предоставляется испытуемым в формате, где доступен КР, временные и постоянные эффекты КР становятся запутанными, и утверждается, что его нельзя интерпретировать как эффект обучения.

Утверждается, что после периода отдыха изменение способности реагировать (т.е. эффекты) связано с обучением, и группа с наиболее эффективными показателями научилась больше всего.

Функциональная роль знания результатов и потенциального искажения эффектов

КР, по-видимому, выполняет множество различных ролей, некоторые из которых можно рассматривать как временные или временные (т.е. влияние на производительность). Три из этих ролей включают: 1) мотивацию, 2) ассоциативную функцию и 3) руководство. Мотивационное воздействие может повысить старание и интерес исполнителя к заданию, а также сохранить этот интерес после удаления КР. Хотя важно вызвать интерес к заданию для повышения производительности и обучения, однако степень, в которой это влияет на обучение, неизвестна. Ассоциативная функция КР, вероятно, участвует в формировании ассоциаций между стимулом и реакцией (т. е. Закон Эффекта ). Однако этот дополнительный эффект не может объяснить результаты задач передачи, управляющие относительной частотой KR; в частности, уменьшение относительной частоты приводит к улучшению обучения. Альтернативное обсуждение того, как KR может калибровать двигательную систему по отношению к внешнему миру (см. теорию схемы в программе «Движение» ). Руководящая роль КР, вероятно, имеет наибольшее влияние на обучение. поскольку как внутренние, так и внешние источники обратной связи играют направляющую роль в выполнении двигательного задания. Поскольку исполнитель информируется об ошибках при выполнении задания, несоответствие можно использовать для постоянного улучшения результатов в последующих испытаниях. Однако руководящая гипотеза постулирует, что предоставление слишком большого количества внешней дополнительной обратной связи (например, КР) во время практики может привести к развитию у учащегося вредной зависимости от этого источника обратной связи. Это может привести к более высоким результатам во время тренировки, но к плохим результатам при перемещении, что является признаком плохого двигательного обучения. Кроме того, это подразумевает, что по мере совершенствования исполнителя условия КР должны быть адаптированы в соответствии с навыками исполнителя и сложностью задания, чтобы максимизировать обучение (см. Систему контрольных точек ).

Специфика гипотезы обучения

Специфика гипотезы обучения предполагает, что обучение наиболее эффективно, когда практические занятия включают условия окружающей среды и движения, которые очень похожи на те, которые необходимы во время выполнения задачи, - воспроизводя целевой уровень навыков и контекст для выполнения. ^{п. 194} Это предполагает, что преимущество специфичности на практике возникает потому, что двигательное обучение сочетается с физической практикой во время изучения вида спорта или навыка. ^{п. 90} Вопреки прежним убеждениям, обучение навыкам осуществляется путем чередования двигательного обучения и физической активности, заставляя источники обратной связи работать вместе. Процесс обучения, особенно для сложной задачи, приводит к созданию представления задачи, в котором интегрирована вся соответствующая информация, относящаяся к выполнению задачи. Это представление становится тесно связанным с увеличением опыта выполнения задачи. В результате удаление или добавление важного источника информации после периода практики, когда он присутствовал или не присутствовал, не приводит к ухудшению производительности. Чередование двигательного обучения и физической практики может в конечном итоге привести к отличным, если не лучшим результатам, по сравнению с простой физической практикой.

Физиологический подход

Мозжечок . и базальные ганглии имеют решающее значение для двигательного обучения В результате всеобщей потребности в правильно выверенных движениях неудивительно, что мозжечок и базальные ганглии широко сохраняются у позвоночных, от рыб до человека .

Благодаря двигательному обучению человек способен достичь очень умелого поведения, а благодаря повторяющимся тренировкам можно ожидать определенной степени автоматизма. И хотя этот процесс может быть усовершенствованным, мы многое узнали из исследований простого поведения. Это поведение включает в себя обучение морганию , двигательное обучение вестибулоокулярному рефлексу и пение птиц . Исследования Aplysia Californica , морского слизняка, дали детальное знание клеточных механизмов простой формы обучения.

Тип моторного обучения происходит во время работы интерфейса мозг-компьютер . Например, Михаил Лебедев , Мигель Николелис и их коллеги недавно продемонстрировали кортикальную пластичность , которая привела к включению внешнего исполнительного механизма, управляемого через интерфейс мозг-машина, в нейронное представление субъекта.

На клеточном уровне моторное обучение проявляется в нейронах моторной коры . Используя методы записи отдельных клеток , доктор Эмилио Бицци и его коллеги показали, что поведение определенных клеток, известных как « клетки памяти », может претерпевать длительные изменения с практикой.

Двигательное обучение также осуществляется на скелетно-мышечном уровне. Каждый двигательный нейрон в организме иннервирует одну или несколько мышечных клеток, и вместе эти клетки образуют так называемую двигательную единицу. Чтобы человек мог выполнить даже простейшую двигательную задачу, необходимо скоординировать деятельность тысяч этих двигательных единиц. Похоже, что организм справляется с этой задачей, организуя двигательные единицы в модули единиц, активность которых коррелирует.

Нарушение двигательного обучения

Диспраксия

Нарушения, связанные с расстройством координации развития (DCD), включают трудности в освоении новых двигательных навыков, а также ограниченный постуральный контроль и дефицит сенсомоторной координации. Похоже, что дети с DCD не могут улучшить выполнение сложных двигательных задач только с помощью практики. Однако есть свидетельства того, что обучение конкретным задачам может улучшить выполнение более простых задач. Нарушение обучения навыкам может быть коррелировано с активностью мозга, в частности, со снижением активности мозга в областях, связанных с квалифицированной двигательной практикой.

Апраксия

Обучение моторике применяется для восстановления после инсульта и нейрореабилитации, поскольку реабилитация обычно представляет собой процесс повторного изучения утраченных навыков посредством практики и/или тренировок. Хотя врачи-реабилитологи используют практику в качестве основного компонента вмешательства, остается разрыв между контролем движений, исследованиями в области двигательного обучения и реабилитационной практикой. Распространенные парадигмы двигательного обучения включают парадигмы роботизированной руки, где людей поощряют сопротивляться ручному устройству во время определенных движений рук. Еще одна важная концепция моторного обучения — это объем практики, реализуемый во время вмешательства. Исследования, касающиеся взаимосвязи между объемом полученной тренировки и сохранением памяти через определенное время после нее, были популярным направлением исследований. Было показано, что чрезмерное обучение приводит к значительному улучшению долгосрочного удержания и незначительному влиянию на производительность. Парадигмы практики двигательного обучения сравнили различия между различными графиками тренировок и предположили, что повторения одних и тех же движений недостаточно для повторного изучения навыка, поскольку неясно, достигается ли истинное восстановление мозга только за счет повторения. Предполагается, что методы компенсации развиваются посредством чистого повторения, а для того, чтобы вызвать корковые изменения (истинное восстановление), людям следует ставить перед собой более сложные задачи. Исследования, в которых применялась практика двигательного обучения и реабилитации, использовались среди пациентов, перенесших инсульт, и включают в себя тренировку навыков рук, вызываемую ограничениями двигательную терапию , , нервно-мышечную стимуляцию, запускаемую электромиографом , интерактивную робототерапию и реабилитацию на основе виртуальной реальности . В недавнем исследовании ишемическое кондиционирование осуществлялось посредством надувания и сдувания манжеты для измерения артериального давления на руке, чтобы облегчить обучение. Впервые на людях и животных было показано, что ишемическое кондиционирование может улучшить двигательное обучение и что это улучшение сохраняется с течением времени. Потенциальные преимущества ишемического кондиционирования выходят далеко за рамки инсульта и охватывают другие группы нейро-, гериатрических и педиатрических реабилитационных групп. Эти результаты были опубликованы в новостях Global Medical Discovery.

См. также

• Апраксия
• Байесовский вывод в моторном обучении
• Интерфейс мозг-компьютер
• Цефалокаудальные и проксимодистальные тенденции
• Когнитивная наука
• Двигательные навыки
• Координация движений
• Мышечная память
• Процедурная память
• Последовательное обучение

Дальнейшее чтение

• Баррейрос, Дж.; Фигейредо, Т.; Годиньо, М. (2007). «Эффект контекстной интерференции в прикладных настройках» (PDF) . Европейский обзор физического воспитания . 13 (2): 195–208. дои : 10.1177/1356336X07076876 . S2CID   144969640 . Архивировано из оригинала (PDF) 7 декабря 2013 г. Проверено 3 декабря 2013 г.
• Хардвик Р.М., Ротчи К., Миалл Р.К., Эйкхофф С.Б. (февраль 2013 г.). «Количественный метаанализ и обзор двигательного обучения в человеческом мозге» . НейроИмидж . 67 : 283–97. doi : 10.1016/j.neuroimage.2012.11.020 . ПМЦ   3555187 . ПМИД   23194819 .
• Маттар А.А., Ostry DJ (январь 2007 г.). «Нейронное усреднение в двигательном обучении». Дж. Нейрофизиология . 97 (1): 220–8. дои : 10.1152/jn.00736.2006 . ПМИД   17021025 .
• Шамуэй-Кук, Энн; Вуллакотт, Марджори Х. (2001). Управление двигателем: теория и практическое применение . Филадельфия: Липпинкотт Уильямс Уилкинс. ISBN  978-0-683-30643-9 . OCLC   499223436 .
• Шадмер, Реза; Уайз, Стивен П. (2005). Вычислительная нейробиология достижения и указания: основа моторного обучения . Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN  978-0-262-19508-9 . OCLC   54529569 .
• Шмуэлоф Л., Кракауэр Дж.В. (ноябрь 2011 г.). «Готовы ли мы к естественной истории моторного обучения?» . Нейрон . 72 (3): 469–76. дои : 10.1016/j.neuron.2011.10.017 . ПМЦ   3389513 . ПМИД   22078506 .
• Винстейн CJ (февраль 1991 г.). «Знание результатов и двигательное обучение - значение физиотерапии» . Физ Тер . 71 (2): 140–9. дои : 10.1093/ptj/71.2.140 . ПМИД   1989009 . Архивировано из оригинала 8 октября 2016 г. Проверено 2 декабря 2013 г.
• Вулперт Д.М., Дидрихсен Дж., Фланаган Дж.Р. (декабрь 2011 г.). «Принципы сенсомоторного обучения» . Нат. Преподобный Нейроски . 12 (12): 739–51. дои : 10.1038/nrn3112 . ПМИД   22033537 . S2CID   5172329 .
• Ярослав Благоушин и Эрик Моро. Управление речевым роботом с помощью оптимальной внутренней модели на основе нейронной сети с ограничениями. Транзакции IEEE по робототехнике, том. 26, нет. 1, стр. 142–159, февраль 2010 г.

Внешние ссылки

• Центр интеграции медицины и инновационных технологий
• Новые перспективы схемы
• Речево-языковая патология/Заикание/Терапия, улучшающая беглость речи/Обучение и контроль моторики - Wikibooks