VL VL BewegungswissenschaftBewegungswissenschaft

7. Motor Control: Neue Theorien

MC: NeuesMC: Neues ProgrammpunkteProgrammpunkte

• Paradigmenwechsel nach Kuhn• Ökologische Ansätze

Direct Perception Natural physical approach System Dynamics

• Die „motor-action“ – Kontroverse • Praktische Konsequenzen

MC: NeuesMC: Neues Paradigmen nach KuhnParadigmen nach Kuhn

T.S. Kuhn:„The Structure of Scientific Revolutions“, 1962 Wissenschaft schreitet in

Paradigmenwechseln voran! Paradigma = Betrachtungsweise,

Musterbeispiel PW nicht rational erklärbar, sondern eher

wissenschaftssoziologisch Wissenschaft ist nicht die reine Suche nach

der reinen Wahrheit!

MC: NeuesMC: Neues Phasen der Wissenschaft nach KuhnPhasen der Wissenschaft nach Kuhn

Pre-science: Feld wird eher orientierungslos erforscht; Paradigmen werden importiert

Normal science:Konsens über die Art, Probleme zu betrachten; breite empirische Aktivitäten

Paradigm crisis:Widersprüche werden entdeckt, mit ad-hoc Revisionen zunächst erklärt oder ignoriert

Revolutionary science:Etablierung eines alternativen Paradigmas in harter Auseinandersetzung mit normal science

MC: NeuesMC: Neues Phasen der Wissenschaft nach KuhnPhasen der Wissenschaft nach Kuhn

Pre-Science

adhoc

Ign. Alt.

RevolutionaryScience

NormalScience

MC: NeuesMC: Neues Paradigmen in der PsychologieParadigmen in der Psychologie

• „Seelenpsychologie“, Wundt, 19. Jhdt.• Tiefenpsychologie, Freud, Anfang 20.

Jhdt.• Behaviorismus, Skinner, bis 2. WK• Kognitionspsychologie, bis 80er• Ökologische Psychologie

Komplexität, Dynamik, Systemansatz Umwelteinbindung Selbstorganisationsphänomene

MC: NeuesMC: Neues Paradigmen in der MotorikParadigmen in der Motorik

Publikationen

0

5

10

15

20

25

67 70 73 76 79 82 85 88 91

Anza

hl

closed loop GMP Syst. Dyn.

MC: NeuesMC: Neues Zuordnung der BetrachtungsweisenZuordnung der Betrachtungsweisen

Bewegungs-Wissenschaftliche

Betrachtungs-weisen

Funktionale Betrachtungsweisen

Ganzheitliche Betrachtungsweisen

BiomechanischeBetrachtungsweise

FähigkeitsorientierteBetrachtungsweise

Außenaspekt Innenaspekt

Morphologie Systemdynamischer Ansatz

Konnektionismus

Funktionsanalysen

Informationsverarbeitungstheorien

Modularitätshypothese

Ökologische PsychologieÖkologische Psychologie

MC: NeuesMC: Neues ÜberblickÜberblick

Nach Summers (1998):• Direct perception• Natural physical approach• Systemdynamik

Direct PerceptionDirect Perception

MC: NeuesMC: Neues Direct perceptionDirect perception

Einheit von Bewegung und UmweltFlow-fields von GibsonAffordances: Handlungsmöglichkeiten,

die sich aus den Eigenschaften der Umwelt ergeben

Direct perception: keine symbolische Repräsentation, kein Gedächtnis/Wissen

Natural physical approachNatural physical approach

MC: NeuesMC: Neues Natural physical approachNatural physical approach

Bewegungen werden durch ihre physikalischen Randbedingungen bestimmt

Constraints: Randbedingungen, Einschränkungen

Beispiel: JonglierenVerwandtschaft/Überlappung mit

Direct Perception

Systemdynamische AnsätzeSystemdynamische Ansätze

BegriffeBegriffeDas HKB-Experiment Das HKB-Experiment

GolfbeispielGolfbeispiel

MC: NeuesMC: Neues DefinitionDefinition

Der systemdynamische Ansatz beschäftigt sich mit:

• komplexen Systemen (Bewegungen), die sich dynamisch verhalten

• System als ganzheitlicher Zusammenhang von Teilen

• Im Blickpunkt stehen Aspekte des Verhaltens, die nur durch die dynamische Interaktion zwischen Systemkomponenten auftreten

• Komplexe Leistung als Ganzes steht im Vordergrund

MC: NeuesMC: Neues GrundannahmenGrundannahmen

• Verhalten und seine zeitliche Veränderung als Resultat emergenter Prozesse

• durch Interaktion der Systemkomponenten entsteht etwas

• Selbstorganisierend

MC: NeuesMC: Neues Dynamische SystemeDynamische Systeme

• Wissenschaftszweig zum Studium komplexer Systeme (Motorik)

• Ursprung Physik, dann aber in Medizin, Biologie, Wirtschaft, Soziologie, Psychologie, Sport

• System: abgrenzbare Elemente + deren Relationen untereinander

• Dynamisch: Veränderung in der Zeit

MC: NeuesMC: Neues BegriffeBegriffe

Zustandsraum:alle möglichen Zustände des Systems definiert durch die Zustände der Teilsysteme

Systemdynamik:Bewegung des Systems durch den Zustandsraum in der Zeit

Konvergenz:Stabiler Zustand, auf den sich die Systemdynamik hin bewegt

Attraktor:Verschiedene Zustände, die ein System einnehmen kann

MC: NeuesMC: Neues Beispiel: PendelBeispiel: Pendel

00

00

vv

AngetriebenesAngetriebenesPendelPendel

00

00

vv

GedämpftesGedämpftesPendelPendel

MC: NeuesMC: Neues Beispiel TennisBeispiel Tennis

-4

-2

0

2

4

-6 -4 -2 0 2 4 6Position

Spe

ed-4

-2

0

2

4

-6 -4 -2 0 2 4 6Position

Spe

ed

Zustandsraum und Systemdynamik zweier

Tennisspielerinnen

MC: NeuesMC: Neues Beispiel: FußballBeispiel: Fußball

Instabilitätsregionen

Attr

akt

or

1-0

Attra

ktor 0

-1

Start

MC: NeuesMC: Neues SelbstorganisationSelbstorganisation

Selbstorganisation:Einnahme eines Attraktors durch interne Wechselwirkungen im System

Ohne Antrieb:nicht etwa durch Steuerung von außen oder durch Kontrolle durch ein Zentrum

Bewegungen werden als Selbstorganisationsprozesse der Motorik

interpretiert!!!

MC: NeuesMC: Neues Merkmale dynamischer SystemeMerkmale dynamischer Systeme

• Kritische Fluktuationen

• Hysterese

• Kritisches Slowing-down

MC: NeuesMC: Neues

Fluktuationen

Kontrollparameter

Ordnungs-zustände Hysterese

ZustandsdynamikZustandsdynamik

Das „Kelso-Experiment“Das „Kelso-Experiment“

MC: NeuesMC: Neues Kelso ExperimentKelso Experiment

AntiPhase Transition InPhase

Kelso‘s Fingerwackel-Experiment

MC: NeuesMC: Neues

Frequenz

0°

180°

Zustandsdynamik KelsoZustandsdynamik KelsoR

ela

tive P

hase

Stab. Koor. Muster 1

Stab. Koor. Muster 2

Beispiel TennisBeispiel Tennis

MC: NeuesMC: Neues Zustandsdynamik KelsoZustandsdynamik Kelso

Relative Phase: Anti-Phase 180°

Cross-Rallye Vorhand

Position APosition B

0

+4

-4

Zeit

Meter

B schlägt außen,A wartet in der Mitte

A schlägt außen,B wartet in der Mitte

MC: NeuesMC: Neues Zustandsdynamik KelsoZustandsdynamik Kelso

Relative Phase: In-Phase 0°

Longline-Rallye

0

+4

-4

Zeit

Meter Position APosition B

B schlägt VH außen,A wartet in der Mitte

A schlägt RH außen,B wartet in der Mitte

MC: NeuesMC: Neues Zustandsdynamik KelsoZustandsdynamik Kelso

0

180

360

540

720

0 5 10 15 20time (sec.)

RP (deg)

-10

-5

0

5

10

15

velo

city m/s

RP

player 1

player2

INANTI ANTI

TransitionTransition

Beispiel GolfBeispiel Golf

MC: NeuesMC: Neues

Entfernung zur Fahne [m]

Chip

Pitch

Drive

5 10030 55

Zustandsdynamik GolfZustandsdynamik Golf

MC: NeuesMC: Neues Kritische FluktuationenKritische Fluktuationen

OperationalisierungOperationalisierungFluktuationen:Fluktuationen:Laufende Standard-Laufende Standard-abweichungen der abweichungen der AbschwungzeitAbschwungzeitvon vier aufeinandervon vier aufeinanderfolgenden Schwüngenfolgenden Schwüngen

Entfernung zur Fahne

1009080706050403020100

Flukt

uati

onen

ChipChip

PitchPitch

VollerVollerSchlagSchlag

ÜbergängeÜbergänge

AttraktorenAttraktoren

Perturbationen im TennisPerturbationen im Tennis

MC: NeuesMC: Neues Perturbationen TennisPerturbationen Tennis

Potentiallandschaft „Ballwechsel im Rückschlagspiel“Perturbation: Kritische Störung des relativen Gleichgewichts in einem Ballwechsel

Finaler Attraktor

Punkt für A

Punkt für B

Relative Stabilität StabilitätStabilität Instabilität Instabilität

Ballwechsel

Finaler Attraktor

The motor-action-controversyThe motor-action-controversy

MC: NeuesMC: Neues Motor-Action-KontroverseMotor-Action-Kontroverse

BewegungsgestalterBefehlsempfänger

Rolle der Muskulatur

Emergentprogrammiert

Bewegungsverlauf

Koordinationsmuster, selbstorganisierend

GMPs, zentral gespeichert

Bewegungsmuster

Bottom-Up, heterarchischTop-Down Hierarchisch

Bewegungskontrolle

Ökologische EinheitMensch-Maschine

Grundannahme

Ökologische TheorienProgramm-Theorien

Praktische KonsequenzenPraktische Konsequenzen

MC: NeuesMC: Neues UnterschiedeUnterschiede

FluktuationFehler

Variabilität

Auslöser, InteraktionStörgröße

Umwelt

Dynamisches SystemComputer

Motorik

autonompassiv

Rolle des Schülers

ArrangeurProgrammierer

Rolle des Lehrers

Ökologische TheorienProgramm-Theorien