VL Trainings- und Bewegungswissenschaft 10. Motor Control

Anatomische Grundlagen Programm Anatomische Grundlagen Vom Gehirn zum Muskel Wie entsteht eine Willkürbewegung? Programmtheorien Regelkreise, open-loop & closed loop Regelung Theorie generalisierter motorischer Programme Selbstorganisationstheorien Prinzip Gegensätze zu Programmtheorien

Anatomische Grundlagen Vom Gehirn zum Muskel

Typisch: 10.000 Synapsen je Zelle Gehirn, Aufbau grob 1,3 kg schwer Ca. 1010 Nervenzellen Typisch: 10.000 Synapsen je Zelle Sitz von Bewußtsein und Persönlichkeit Leib-Seele-Problem

Gehirn, Aufbau Detail

Rückenmark

Motorische Einheiten Mot. Einheit = Motoneuron + die von ihm innervierten Muskelfasern Motoneuron integriert Erregungen Feuert, wenn Schwelle überschritten

Anatomische Grundlagen Wie entsteht eine Willkür-Bewegung?

Entstehung einer (Willkür-)Bewegung Limbisches System Emotionen, Antrieb, Gedächtnis, Stimmung Hippocampus (Kortex) und Stammhirnstrukturen Assoziations- System Assoziationskortex (Wahr- nehmung, Entscheidung) Bewegungsentschluß, Auswahl Alternativen Obere Mittlere Untere Motorische Ebene 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

Regelkreise, open-loop & closed loop Regelung Programmtheorien Regelkreise, open-loop & closed loop Regelung

Closed-loop-Modell der Bewegung Steuerungs- zentrum Regelung Efferenzen: Ausgehende Signale Afferenzen: Eingehende Signale Re-Afferenzen: Afferenzen, die Reaktionen auf Efferenzen sind Bewegungskommandos Feedback Effektoren

Open-loop-Modell der Bewegung Steuerungs- zentrum Steuerung Efferenzen: Ausgehende Signale Bei sehr kurzen Bewegungen, t < 150-200msec z.B. Würfe, Schläge, Sprünge, „ballistische“ Bewegungen Bewegungskommandos Effektoren

Regelkreis der Bewegungskoordination Handlungsziel Steuerung-Regelung (efferente Impulsgebung) Bewegungsausführung Programmierung Soll-Istwert-Vergleich Informationsaufbereitung (Afferenzsynthese) Störgrößen Umwelt (Boden, Geräte, Wasser, Schnee)

Theorie generalisierter motorischer Programme (GMP-Theorie) Programmtheorien Theorie generalisierter motorischer Programme (GMP-Theorie)

Definition „motor program“ Motorische 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

GMP-Theorie nach R.A. Schmidt: 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

Probleme der GMP-Theorie Man findet keine biologischen Korrelate Speicherproblem durch Vielfalt der Bewegungen, Freiheitsgrade Wie erlernt man eine Bewegung? Computer-Metapher

Selbstorganisationstheorien Prinzip

Grundannahmen 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

Ökologische Theorien Programm-Theorien Gegensätze Grundannahme Ökologische Einheit Mensch-Maschine Grundannahme Bottom-Up, heterarchisch Top-Down, hierarchisch Bewegungskontrolle Koordinationsmuster, selbstorganisierend Motorische Programme, zentral gespeichert Bewegungsmuster emergent programmiert Bewegungsverlauf Bewegungsgestalter Befehlsempfänger Rolle der Muskulatur

Ökologische Theorien Programm-Theorien Unterschiede Motorik Umwelt Dynamisches System Computer Motorik Auslöser Störgröße Umwelt Fluktuation Fehler Variabilität Arrangeur Programmierer Rolle des Lehrers autonom passiv Rolle des Schülers

The End