Степень свободы в биомеханике
Posted мая 06, 2009 under Регуляция позы |Степень свободы в биомеханике — это возможность совершить движение в определенном направлении. Для блоковидной формы сустава возможны две степени свободы (например, для коленного сустава — это сгибание и разгибание).
Параллельно совершенствуются и управляющие механизмы. Все сложнее становится центральная нервная система, появляются более высокодифференцированные структуры мозга. Процесс развития мозговых управляющих структур не бессистемен, не хаотичен, а подчиняется совершенно определенным законам. В огромном, многомиллионном мире клеток мозга выстраивается в определенной последовательности и в строго определенных временных пределах своего формирования иерархия — соподчиненность низших мозговых структур высшим. Иерархия (от греч. hieros — священный, orche — власть) — расположение частей или элементов целого в порядке от высшего к низшему. В теории организации функций — это принцип управления.
Мы переходим к расшифровке второго положения теории Бернштейна, а именно к понятию уровней построения движений в онто- и филогенезе. Ранее кратко было описано совершенствование механизмов управляющего и исполнительного аппаратов. Из сравнения биомеханических и нейрофизиологических характеристик движений, в частности локомоций, Бернштейн заключает, что дифференцированные движения высших животных и человека есть продукт совершенствования механизмов управления более низко органиюванных систем путем создания структур, названных им уровнями построения движений.
Для расшифровки этого положения он вводит термин локализации функции. Локализация (от лат. lokus, lokalis — место, местный), по определению Бернштейна, комплекс структур мозга, ответственный за выполнение определенного класса движений. Класс движений — это движения, которые свойственны животному на определенном этапе его двигательного развития. (Далее это последнее понятие будет охарактеризовано более широко.) Он подчеркивает, что термин локализации функции не есть топика — топографическая анатомия мозга (от греч. topos — место, grapho — пишу), а функция и морфологическое содержание, вложенное в это понятие, похожи на функцию и расположение блоков панелей радиоприемника, когда отдельные части целого необязательно всегда находятся рядом, в одном и том же месте, как диктует это топографическая анатомия. Более того, созревание структур мозга, входящих в понятие локализации, может быть растянуто во времени, когда одни элементы уже готовы к выполнению функции, а другие находятся в стадии формирования. Этим, по-видимому, можно объяснить огромную сложность воспитания определенных движений, когда задержка в развитии одного из элементов локализации делает невозможным в данный момент воспитание какого-то движения — будь это игра на фортепиано, скольжение на коньках или навыки самообслуживания. Именно поэтому тренировки в спорте или обучение искусству танца и игре на музыкальных инструментах целесообразно начинать в определенном возрасте. Этим можно объяснить и сложность, огромный разброс, но и определенную закономерность патологии позы и ходьбы при ДЦП.
Различие между понятием топики и локализации иллюстрирует пример, когда при поражении определенных структур мозга больной не может выполнить задание "подними руку", но на просьбу снять шапку достаточно легко и свободно поднимет ту же руку.
Исходя из всего вышесказанного, Бернштейн предлагает схему построения движений или уровней координации в фило- и онтогенезе.
Каждый уровень координации включает в себя афферентную систему, центр и эфферентную систему. (Афферент — от лат. afferens — приносящий, эфферент — от лат. efferens — выносящий.) В биологии, соответственно, — переносящий нервный импульс к центру или от центра к рабочему органу.
Мы собрали в таблицу сведения Бернштейна о схеме построения движения или координации (табл. I).
В схеме для каждого уровня координации обозначен морфологический субстрат центральной нервной системы, возраст окончательного его формирования, афферентная система, класс движений, организуемый этим уровнем координации, и специфические элементы позы и локомоции человека, вносимые в управление именно этим уровнем.