VL Trainings- und Bewegungswissenschaft 10. Motor Control

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