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VL Trainings- und Bewegungswissenschaft
10. Motor Control
BW Motor ControlBW Motor Control ProgrammProgramm
1. Anatomische Grundlagen• Vom Gehirn zum Muskel• Wie entsteht eine Willkürbewegung?
2. Programmtheorien• Regelkreise, open-loop & closed loop Regelung• Theorie generalisierter motorischer Programme
3. Selbstorganisationstheorien• Prinzip• Gegensätze zu Programmtheorien
Anatomische Grundlagen
Vom Gehirn zum Muskel
BW Motor ControlBW Motor Control Gehirn, Aufbau grobGehirn, Aufbau grob
• 1,3 kg schwer• Ca. 1010 Nervenzellen• Typisch: 10.000 Synapsen je Zelle • Sitz von Bewußtsein und Persönlichkeit• Leib-Seele-Problem
BW Motor ControlBW Motor Control Gehirn, Aufbau DetailGehirn, Aufbau Detail
BW Motor ControlBW Motor Control RückenmarkRückenmark
BW Motor ControlBW Motor Control Motorische EinheitenMotorische Einheiten
• Mot. Einheit = Motoneuron + die von ihm innervierten Muskelfasern• Motoneuron integriert Erregungen• Feuert, wenn Schwelle überschritten
Anatomische Grundlagen
Wie entsteht eine Willkür-Bewegung?
BW Motor ControlBW Motor Control Entstehung einer (Willkür-)BewegungEntstehung einer (Willkür-)BewegungO
bere
Mittle
re
Un
tere
Moto
rische E
ben
e
Limbisches System
Emotionen, Antrieb, Gedächtnis, Stimmung
Hippocampus (Kortex) und Stammhirnstrukturen
Assoziations- System
Assoziationskortex (Wahr- nehmung, Entscheidung)
Bewegungsentschluß,Auswahl Alternativen
Projektions- System
Sensomotorischer Kortex, Kleinhirn, Basalganglien, subkortikale Kerne
Rohbefehl, Efferenz-kopien, Programme
Spinales System
Absteigende Bahnen, Inter- und Motoneurone
Zentrale Befehle und Verschaltungen
Skelett-muskel
Muskelfasern, Muskel-spindeln, Golgi-Organe
Kontraktionen,Rückkopplungen
Programmtheorien
Regelkreise, open-loop & closed loop Regelung
BW Motor ControlBW Motor Control Closed-loop-Modell der BewegungClosed-loop-Modell der Bewegung
Steuerungs-zentrum
Effektoren
Bew
egu
ngsk
om
mand
os
Feed
bac
k
Regelung
Efferenzen: Ausgehende Signale
Afferenzen:Eingehende Signale
Re-Afferenzen:Afferenzen, die Reaktionenauf Efferenzen sind
BW Motor ControlBW Motor Control Open-loop-Modell der BewegungOpen-loop-Modell der Bewegung
Steuerungs-zentrum
Effektoren
Bew
egu
ngsk
om
mand
os
Steuerung
Efferenzen: Ausgehende Signale
Bei sehr kurzen Bewegungen,t < 150-200msec
z.B. Würfe, Schläge, Sprünge,„ballistische“ Bewegungen
BW Motor ControlBW Motor Control
Handlungsziel
Steuerung-Regelung (efferente
Impulsgebung)
Bewegungsausführung
Programmierung
Regelkreis der BewegungskoordinationRegelkreis der Bewegungskoordination
Informationsaufbereitung (Afferenzsynthese)
Störgrößen
Umwelt (Boden, Geräte, Wasser, Schnee)
Soll-Istwert-Vergleich
Programmtheorien
Theorie generalisierter motorischer Programme
(GMP-Theorie)
BW Motor ControlBW Motor Control Motorische ProgrammeMotorische Programme
Definition „motor program“„... a set of muscle commands• that are structured before a movement
sequence begins,• and that allows the sequence to be
carried out uninfluenced by peripheral feedback“
Keele, 1968
BW Motor ControlBW Motor Control Was wird gespeichert?Was wird gespeichert?
GMP-Theorie nach R.A. Schmidt:• 1 GMP pro Bewegungsklasse (z.B.
Schlagwurf)• Invariant sind:
Sequencing: Reihenfolge der Muskeleinsätze
Relative Timing: Relative Zeitpunkte und -dauer
Relative forces: Relativer Krafteinsatz
• Variabel sind: Overall duration: Gesamtdauer Overall forces: Absoluter Krafteinsatz
BW Motor ControlBW Motor Control Probleme der GMP-TheorieProbleme der GMP-Theorie
1. Man findet keine biologischen Korrelate2. Speicherproblem durch Vielfalt der
Bewegungen, Freiheitsgrade3. Wie erlernt man eine Bewegung?4. Computer-Metapher
Selbstorganisationstheorien
Prinzip
BW Motor ControlBW Motor Control Grundannahmen der SO-TheorienGrundannahmen der SO-Theorien
• Motorik zu komplex, um von Satz Nervenimpulsen kontrolliert zu werden
• Wahrnehmung, ZNS und Motorik permanent aktiv, einzelne Aktion immer anders eingebettet
• Bewegungen sind meist Antworten auf Umwelt
• Bewegungen werden durch Gegebenheiten der Umwelt (affordances) ermöglicht
• Bewegung emergiert aus der Wechselwirkung mit Umwelt
Selbstorganisationstheorien
Gegensätze zu Programmtheorien
BW Motor ControlBW Motor Control GegensätzeGegensätze
BewegungsgestalterBefehlsempfänger
Rolle der Muskulatur
emergentprogrammiert
Bewegungsverlauf
Koordinationsmuster, selbstorganisierend
Motorische Programme, zentral gespeichert
Bewegungsmuster
Bottom-Up, heterarchischTop-Down, hierarchisch
Bewegungskontrolle
Ökologische EinheitMensch-Maschine
Grundannahme
Ökologische TheorienProgramm-Theorien
BW Motor ControlBW Motor Control UnterschiedeUnterschiede
FluktuationFehler
Variabilität
AuslöserStörgröße
Umwelt
Dynamisches SystemComputer
Motorik
autonompassiv
Rolle des Schülers
ArrangeurProgrammierer
Rolle des Lehrers
Ökologische TheorienProgramm-Theorien
The End