control motor

ANGELO BARTSCH JIMENEZ

KINESIÓLOGO, LIC. EN KINESIOLOGÍA

Mg. ESTADÍSTICA

CONTROL MOTOR

TEORIAS DE CONTROL, MOVIMIENTO VOLUNTARIO Y SISTEMAS DE CONTROL

“¿Cómo se controla el movimiento humano?”

Kinesiología del aparato locomotor

• Jueves 24 Septiembre

Control, Aprendizaje y Desarrollo Motor

¿Qué controla el SNC?

Teorías

Anticipación y Retroalimentación

Experiencias de la vida diaria

• Jueves 01 Octubre

Teoría de Punto de Equilibrio

Modelos Internos

Refleja

Jerárquica

Jueves 08 Octubre

Control Postural

- Mecanismos de Control Postural

- Transición Sedente- Bípedo.

Sinergias: Variables de Desempeño y Ejecución

Marcha y CGP

Jueves 15 Octubre

Aprendizaje Motor

Teorías

Factores importantes

Curva de aprendizaje

Transferencia

Retención

Práctica y fatiga

Movimiento Humano

• ¿Entendemos el Movimiento Humano?

– Describa como usted monta una bicicleta » http://bit.ly/1KedQ7L

Movimiento Humano

• ¿Entendemos el Movimiento Humano?

– Entender significa:

- Predecir

- Controlar

Área del Conocimiento 1880

2012

Movimiento Humano

Control Motor

Aprendizaje Motor

Desarrollo Motor

• ¿Cuáles son las áreas de Estudio?

Control Motor: Programas y Modelos Internos

• Posición Inicial y Final

• Coordenadas Cartesianas

• Angulos Articulares??? – Cinemática Inversa

• Trayectoria Desde I a F ???

• Redundancia

• Torques Articulares en un patrón

• Dinámica Inversa

• Acción Muscular

• Potenciales de Acción

• Señales Centrales

• Señales Periféricas

Paso 1

Paso 2

Paso 3

Paso 4

Paso 5

Paso 6

MODELO INVERSO

Latash (2008). Synergies. Oxford University Press. Pag. 66- 67

Teoría de Modelos Internos

OPTIMIZACION EN BASE AL COSTO

• Mínimo tiempo, distancia, velocidad. Cinemático:

• Mínimo cambio de torque Cinético:

• Mínimo Trabajo Mecánico:

• Mínimo gasto energético Fisiológico:

• Mínimo esfuerzo, mas cómodo Psicológico:

COMPARADOR

VARIABLES CONTROL

EJECUCIÓN OUTPUT

SENSOR

Ideales para mecanismos donde prima la precisión del movimiento

Aparece el “Comparador”

El controlador no se contacta con feedback

CONTROLADOR

Co

man

do

GANANCIA

RETRASO

DEPENDE DE LA INTERACCIÓN DE

CIRCUITO CERRADO

SISTEMAS DE CONTROL Feedback

CONTROLADOR VARIABLES CONTROL

EJECUCIÓN

Se realizan con comandos

centrales fijos

Ideales para mecanismos

donde prima la velocidad del movimiento

Prescinde del

feedback.

CIRCUITO ABIERTO

SISTEMAS DE CONTROL Feedforward

Teoría de Lateralidad Hemisférica

• Experimento:

• Imagine lo siguiente… • Tome una aguja e hilo, intente enhebrar el hilo

• Tome un martillo y un clavo e intente clavarlo

• Tome un tenedor y un cuchillo e intente cortar un trozo de carne pequeño

• Imagina las mismas acciones pero intercambiando las manos utilizadas en cada acción

¿Cómo es un patrón cinemático normalmente?

• Ejercicio: • Mueva el antebrazo en línea recta desde un punto A a

un punto B (desde la mesa a su nariz).

• ¿Cómo es el perfil de la velocidad generada? Grafiquelo

• ¿Cómo es el perfil de la aceleración generada? Grafiquelo

• ¿Cuál es el patrón de activación y secuencia muscular?

• Grafiquelo

• Repita la primera experiencia diez veces

¿Cuáles son los niveles de respuesta frente a una perturbación Postural?

¿En que momento aparecen?

Control Postural: Estrategias


Chaitow L, Rehabilitation and Re-education (Movement) Approaches. Chap. 9

• Apoyo Fijo

• Estrategia de tobillo:

– Se utiliza en

desestabilizaciones de baja

amplitud en parámetros de

fuerza y velocidad o al tener

una base de sustentación

amplia, donde el balanceo

postural es mínimo.

– Patrón de activación disto-

proximal


• Estrategia de Cadera:

– Se considera al cuerpo como un

doble péndulo invertido de

fases opuestas, con un centro

de giro en la articulación de la

cadera.

– Se solicita en perturbaciones de

mayor amplitud en parámetros

de fuerza y velocidad al tener

una base de sustentación

reducida.

– Principalmente cuando la

estrategia de tobillo no es

suficiente



Latash, ML. (2008) Neurophysiological Basis of Movement. 2°edición. Editorial Human Kinetics. Pag 87.


Brian E. Maki, W. I. (2006). Control of rapid limb movements for balance recovery: age-related

changes and implications for fall prevention. Age and Aging , 35-S2, ii12–ii18

Control Postural

• Interacción entre CoM, CoG y BoS

Postural Control 211

taining the vertical posture. Bernstein also believed

that the maintenance of the vertical posture was an

illustration of his concept of synergies, that is, built-

in, coordinated combinations of motor commands

sent to elements such as joints and muscles in order to

achieve a desired common goal (for example, not

falling down). Bernstein viewed synergies as building

blocks for movements. These building blocks could

be scaled and combined according to a particular

motor task. Later in this chapter, we will consider

examples of postural synergies based on the

definition of synergies presented in chapter 20.

Let us begin the analysis of vertical posture control

with a seemingly easy task—standing quietly and

doing nothing. Quiet standing is associated with one

of the poorly understood phenomena in motor

control—postural sway.

21.2 Postural Sway

When a person tries to stand still, he or she never

stands truly still. The unavoidable changes occurring

in different mechanical characteristics of the vertical

posture are called postural sway. The trajectories of

two of these characteristics have been commonly

studied—that of the body's center of mass (COM) and

that of the body's center of pressure (COP). COP is

the point where the resultant force from the support

surface is applied to the body (figure 21.3). Different

characteristics of sway

have been studied; these include mean velocity and

area covered with the sway trajectory over a fixed time

interval as well as more sophisticated measures that

address the temporal structure of the sway (Collins and

De Luca 1993; Riley et al. 1997; Oullieretal. 2006).

Shifts in the COP change the moment of the

resultant force acting on the body with respect to the

ankle joints. As a result, they tend to produce a

rotational action on the proximal body segments.

Therefore, we may view COP shifts as the means of

moving the COM. During quiet stance, the COP

usually shows considerably larger shifts than the COM

displays because of the large inertia of the body. Most

studies have used characteristics of the COP trajectory

to describe and quantify postural sway.

Figure 21.4 Postural sway increases when the subject closes

his eyes.

COPAR

Figure 21.3 During quiet standing, both the center of mass

(COM) and the center of pressure (COP) show spontaneous

migration called postural sway.

CoPAP

M. Duarte, V Zatsiorski. Motor Control: Theories, experiments and applications (2011), pág. 221

M. Latash Neurophysiological Basis of Movement (2nd Ed.), pág. 212

Control Postural

• Migración del CoP en postura


Control Postural


Control Postural

• Migración del CoP en postura prolongada

212 Neurophysiological Basis of Movement

The relationship between shifts of the COP and

shifts of the COM has been used to partition postural

sway into two components. Zatsiorsky and Duarte

(1999, 2000) have suggested that postural equilibrium

is maintained with respect to a moving, rather than a

stationary, reference point. They developed a method

that decomposes sway into two processes termed

rambling and trembling (figure 21.5). Rambling

represents migration of the reference point, with

respect to which the equilibrium is instantly

maintained, while trembling represents the COP

oscillation about the rambling trajectory. According to

this hypothesis, the rambling reflects supraspinal

control processes, while the trembling is defined

primarily by the peripheral mechanical properties of

the postural system and the spinal reflexes. In other

words, the body oscillates about a reference position,

while the reference position itself migrates for reasons

that are not well understood.

Time (s)

Figure 21.5 Postural sway (COP trajectory) can be decom-posed into two components: rambling and trembling.

Reprinted, by permission, from Mochizuki L, Duarte M., Amadio A.C, Zatsiorsky

V.M., Latash M.L., 2006, "Changes in postural sway and its tractions in conditions of

postural instability", Journal of Applied Biomechanics 22: 51-60.

There has been ongoing debate on the role of

muscle stiffness in postural stabilization during quiet

stance. First, muscle stiffness is an ill-defined term in

motor control (see chapter 4 and Latash and Zatsiorsky

1993). It usually refers to the generation of muscle

force against stretch and is assumed to be proportional

to the magnitude of stretch up to a certain length and at

a given level of muscle activation. Some authors claim

that muscle stiffness in the ankle alone is sufficient to

maintain an

upright posture (Winter et al. 1996, 1998), while others

claim that this hypothesis is not supported by data

(Morasso and Sanguineti 2002; Casadio, Morasso, and

Sanguined 2005; Loram, Maganaris, andLakie 2005).

There are two polar views on the role of postural

sway in balance. One view is that sway has no

functional role and is noise, that is, a by-product of a

neural control system that cannot avoid producing

some sway (Kiemel, Oie, and Jeka 2002). As we

discussed in chapter 19, a view that something in the

human body is imperfectly designed is not a very

attractive starting point. Therefore, I prefer the other

view, which assumes that sway is a consequence of a

purposeful process within the central nervous system,

possibly reflecting a search for the limits of stability

(Riccio 1993; Riley et al. 1997). Both views have been

claimed to receive support in recent studies.

PROBLEM #21.2

Given the two views on postural sway, predict what

will happen to sway if a person balances on a board

resting on a narrow beam. Will the sway be larger or

smaller than it is when the person stands on the

floor? Why?

Proper balance requires integrating information

from different sources, including vestibular infor-

mation, visual information, and proprioceptive

information. We will start with the role of the ves-

tibular and ocular systems in postural control, and then

we will discuss the contribution of proprioceptive

signals to urgent corrections of posture.

21.3 Vestibular System

The sense of balance is one of the least prominent

senses in our consciousness. Humans become aware of

balance only when it is seriously endangered. The

vestibular system of the brain and inner ear provides

signals related to the orientation of the head with

respect to gravity. Its peripheral organs are found in

the vestibule of the inner ear; its most important

structures are the semicircular canals and the labyrinth.

The bony labyrinth consists of several cavities in

the temporal bone. Within these cavities is the

membranous labyrinth, which is filled with

endolymph, an unusual extracellular fluid whose ion

composition resembles that of intracellular fluid. The

membranous labyrinth is surrounded by perilymph,

which has an ion composition similar


¿Envejecimiento?


Locomoción: Centros Asociados

Parkinson’s Disease

Deficit in anticipatory

postural adjustments

Increased

pre-programmed reactions

Bradykinesia

(slowness)

Postural

Deficits

Tremor

(5-6 Hz)

Rigidity

(resistance to

motion)

• ¿Qué hemos aprendido hasta el momento?

• ¿En que queremos enfocarnos?

Fuerza Muscular

Longitud Muscular

Característica

Invariable

REFLEJO TÓNICO DE

ESTIRAMIENTO

SISTEMAS DE CONTROL Modelo λ, Hipótesis del Punto de Equilibrio


λ: Umbral del RTE EP: Longitud a la cual se logra el

Punto de Equilibrio El músculo siempre estará activo

hacia la derecha de la curva

¿Cómo se produce una contracción Concéntrica?¿Excéntrica? ¿Isométrica?

Mecanismo por el cual actua el RTE


¿Cómo se produce una contracción Concéntrica? ¿Excéntrica?

¿Isométrica?

Latash (2008). Synergies. Oxford University Press. Pag. 99

En este grafico se muestra un cambio en λ lo que lleva a un cambio de la CI, es decir, el músculo cambia de una longitud L1 a L2 (EP 0 a EP1). Ahora si el músculo es sometido a una carga isométrica, va del EP0 al EP2. En ambas

condiciones se aprecia el mismo cambio de λ.

Generación de la Contracción muscular: Modelo Uniarticular

λ ext

Flexion Extension

Exte

nso

res

λfl

Flex

ore

s

Torque




¿Cómo se produce un cambio en la velocidad de contracción?

λfl

Flex

ore

s

Torque

λfl

Flex

ore

s

Torque

Teoría de Modelos Internos

Latash (2008). Synergies. Oxford University Press.

EVALUACIÓN DE LA POSTURA

Tao Zhou (2013). Anticipatory synergy adjustments: preparing a quick action in an unknown direction. Exp Brain Res (2013) 226:565–573

Evaluación de la Postura

Marcha: Inicio

Marcha: Visual cues in Parkinson

Marcha: Rehabilitación

Paciente 60 años, con Accidente Cerebrovascular izquierdo, debilidad muscular generalizada, posee M3 en músculo Cuádriceps. Trabaja como junior para una empresa. Tiene dificultad en la marcha y quiere retornar cuantos antes a su trabajo ¿Cuáles son las etapas de la marcha que están afectadas? ¿Cuáles es el objetivo general de su tratamiento? ¿Cuáles son los objetivos específicos? ¿Cuáles son los objetivos operacionales?

Paciente 45 años, género femenino, desde hace 3 meses presenta dolor mantenido que se exacerba durante el día en su trabajo (secretaria), especialmente cuando se inclina hacia delante y durante tareas de carga, a la evaluación presenta anteversión pélvica y debilidad muscular de la musculatura abdominal. No presenta signos neurológicos. ¿Cuáles es el objetivo general de su tratamiento? ¿Cuáles son los objetivos específicos? ¿Cuáles son los objetivos operacionales?

Paciente con Dolor Lumbar

control motor

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