vl trainings- und bewegungswissenschaft 10. motor control
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VL Trainings- und Bewegungswissenschaft
10. Motor Control
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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
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Anatomische Grundlagen
Vom Gehirn zum Muskel
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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
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BW Motor ControlBW Motor Control Gehirn, Aufbau DetailGehirn, Aufbau Detail
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BW Motor ControlBW Motor Control RückenmarkRückenmark
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BW Motor ControlBW Motor Control Motorische EinheitenMotorische Einheiten
• Mot. Einheit = Motoneuron + die von ihm innervierten Muskelfasern• Motoneuron integriert Erregungen• Feuert, wenn Schwelle überschritten
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Anatomische Grundlagen
Wie entsteht eine Willkür-Bewegung?
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BW Motor ControlBW Motor Control Entstehung einer (Willkür-)BewegungEntstehung einer (Willkür-)BewegungO
bere
Mittle
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Moto
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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
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Programmtheorien
Regelkreise, open-loop & closed loop Regelung
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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
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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
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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
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Programmtheorien
Theorie generalisierter motorischer Programme
(GMP-Theorie)
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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
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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
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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
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Selbstorganisationstheorien
Prinzip
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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
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Selbstorganisationstheorien
Gegensätze zu Programmtheorien
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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
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BW Motor ControlBW Motor Control UnterschiedeUnterschiede
FluktuationFehler
Variabilität
AuslöserStörgröße
Umwelt
Dynamisches SystemComputer
Motorik
autonompassiv
Rolle des Schülers
ArrangeurProgrammierer
Rolle des Lehrers
Ökologische TheorienProgramm-Theorien
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The End