Motorische controle
HC1 – Inleiding
Motorisch gedrag: gedrag waarbij ledematen verplaatst worden om een doel in de
omgeving te bereiken
Verplaatsing van ledematen wordt veroorzaakt door krachten uit spieren die
momenten veroorzaken rondom een gewricht
Motorische controle: systematisch reguleren van de verplaatsing van de ledematen om zo
een doel in de omgeving te behalen op een flexibele manier.
Homunculus:
controleert de hele beweging
controleert alle spieren individueel
‘ghost in the machine’
De arm heeft 7 vrijheidsgraden: 7 gewrichtshoeken moeten gecontroleerd worden
Controle 4 vrijheidsgraden lukt al niet
Ongeveer 100 gewrichten en 1000 spieren
> heel veel vrijheidsgraden
Vrijheidsgradenprobleem: aantal vrijheidsgraden is dusdanig groot, dat het te ingewikkeld
is om alle vrijheidsgraden individueel aan te sturen
Goed aanpassingsvermogen: vrijheidsgraden gebruiken om verstoring op te vangen
Groot aantal vrijheidsgraden geeft flexibiliteit > bewegingsdoel kan op meerdere
manieren behaald worden
> Vrijheidsgradenprobleem wordt opgelost > mensen voeren doelgerichte bewegingen uit
Oplossingen vrijheidsgradenprobleem: hangt af van soort motorisch gedrag
Verschillende principes van organisatie van vrijheidsgraden?
o Andere taakeisen
o Andere neurale structuren betrokken
Lopen Oppakken
Spieren spannen in vaste volgorden aan Variatie in uitvoering
Ritmisch en alternerende bewegen van ledematen Aanspanningspatroon spieren erg variabel
Stereotype bewegingspatroon Betrokken hersendelen hangen af van taakeisen
Aansturing vanuit lagere delen zenuwstelsel Aansturing vanuit hogere delen zenuwstelsel
Veelal onbewust gedrag Veelal bewust gedrag
Door evolutie nieuw gedraag ontstaan en nieuwe hersenstructuren > nieuwe
hersenstructuren boven bestaande > rol van verschillende hersenstructuren verandert over
evolutie > rol in organisatie van vrijheidsgraden verandert
,Hoe complexer de beweging > hoe meer neurale structuren in netwerk betrokken > hoe
meer bewuste controle
Verklaringsmodellen motorische controle:
Hangt af van soort motorisch gedrag
Hangt af van taakeisen binnen een motorisch gedrag
- Verklaringsmodellen verschillen en kunnen in conflict zijn
Meetmethoden:
Kinematica: verplaatsing van ledematen door de ruimte (positie/snelheid/versnelling)
Meet relatie tussen ledematen
Bepaalt relatie tussen pixels en bepaalde locatie > 3D locatie ledemaat vaststellen
o Meten van bekend volume in de ruimte
o Gebruik van meerdere camera’s
o Corrigeer voor lensafwijking
Passieve systemen: Camera met reflecterende markers: camera straalt IR uit >
markers dat reflecteren > camera’s dat meten
o Markers kunnen uit beeld raken > model gebruiken om positie in te kunnen
schatten
Actieve systemen: markers zenden zelf licht uit > camera dat registreren
o Marker uit beeld > systeem ‘weet’ altijd welke marker gemeten moet worden
Positie vastleggen > differentiëren = snelheid > differentiëren = versnelling
Pixels kunnen kleine afwijking veroorzaken: klein ruis > groot effect bij
versnelling
o Data filteren
o Positie camerametingen niet geschikt voor hoge versnellingen
Piezo-elektrisch materiaal: zet druk om in spanning
o Kracht hiervan hangt af van versnelling dat uit het apparaat komt
Versnellingsopnemer ligt stil > 9.81 ms-2 detecteren
Versnellingsopnemer meet langs aas > oriëntatie lichaamssegment
IMMS (Intertial and Magnetic Measurement System): bewegingen in vrije situaties
van een afstand meten
Opto-elektrisch IMMS
Hoge nauwkeurigheid Redelijke nauwkeurigheid:
Nauwkeurigheid beïnvloed door omgeving
(ijzer)
Hoge meetfreq Acceptabele meetfreq
Gebonden aan lab Metingen in vrije situaties
Meetvolume is beperkt Meetvolume is onbeperkt
Duur Goedkoop
Markers kunnen uit beeld raken Markers kunnen nooit uit beeld raken
, Krachtplaat: meet kracht die lichaam uitoefent op ruimte
Kracht uitoefenen op voorwerp > voorwerp vervormen > veranderen van elektrische
weerstand
GRF (Ground Reaction Force): is tegengesteld aan de kracht die op de grond wordt
uitgeoefend.
EMG (elektromyogram): meet Motor Unit Action Potentiaal van spier (spieractiviteit)
Motor Unit Action Potentiaal: som van elektrische activiteit van alle actieve motor units
EMG hangt af van:
Taak
Specifieke spier eigenschapen
Spier sterker contraheren > EMG amplitude toenemen
o Relatie EMG amplitude en spierkracht ≠ lineair
Raw EMG: motor unit action potential
Full-wave rectified EMG: absolute waarden raw EMG > positief
Linear envelope: filter toepassen > globale trend krijgen
Hoofdstuk 1 – sectie 1.1 – Goal-directed motor behaviour
Motorisch gedrag: doelgedrag als gevolg van aanspannen van spieren
Gedrag is doelgericht > doelgerichte motorische handeling
o Waarneming is onmisbaar voor doelgericht gedrag
Bewegingen worden aangepast aan situatie
Beweging: verplaatsing van ledemaat
Handeling: uitvoeren van taak > doel behalen
> beweging wordt aan gepast om handeling in verschillende situaties uit te voeren om
een doel te bereiken
Herhalingen: zijn nooit hetzelfde > veel variatie
Taak uitvoering
Traject niet altijd hetzelfde
Veel variatie in verandering gewrichtshoeken
o Er zijn gewrichtshoeken die de plek op het doel niet verandert
Sensorimotor principe: handelingen worden uitgevoerd om een doel te bereiken. Dit
vereist waarnemen van het doel
Hoofdstuk 1 – sectie 1.2 – Principles of Error-correcting Feedback Control
HC1 – Inleiding
Motorisch gedrag: gedrag waarbij ledematen verplaatst worden om een doel in de
omgeving te bereiken
Verplaatsing van ledematen wordt veroorzaakt door krachten uit spieren die
momenten veroorzaken rondom een gewricht
Motorische controle: systematisch reguleren van de verplaatsing van de ledematen om zo
een doel in de omgeving te behalen op een flexibele manier.
Homunculus:
controleert de hele beweging
controleert alle spieren individueel
‘ghost in the machine’
De arm heeft 7 vrijheidsgraden: 7 gewrichtshoeken moeten gecontroleerd worden
Controle 4 vrijheidsgraden lukt al niet
Ongeveer 100 gewrichten en 1000 spieren
> heel veel vrijheidsgraden
Vrijheidsgradenprobleem: aantal vrijheidsgraden is dusdanig groot, dat het te ingewikkeld
is om alle vrijheidsgraden individueel aan te sturen
Goed aanpassingsvermogen: vrijheidsgraden gebruiken om verstoring op te vangen
Groot aantal vrijheidsgraden geeft flexibiliteit > bewegingsdoel kan op meerdere
manieren behaald worden
> Vrijheidsgradenprobleem wordt opgelost > mensen voeren doelgerichte bewegingen uit
Oplossingen vrijheidsgradenprobleem: hangt af van soort motorisch gedrag
Verschillende principes van organisatie van vrijheidsgraden?
o Andere taakeisen
o Andere neurale structuren betrokken
Lopen Oppakken
Spieren spannen in vaste volgorden aan Variatie in uitvoering
Ritmisch en alternerende bewegen van ledematen Aanspanningspatroon spieren erg variabel
Stereotype bewegingspatroon Betrokken hersendelen hangen af van taakeisen
Aansturing vanuit lagere delen zenuwstelsel Aansturing vanuit hogere delen zenuwstelsel
Veelal onbewust gedrag Veelal bewust gedrag
Door evolutie nieuw gedraag ontstaan en nieuwe hersenstructuren > nieuwe
hersenstructuren boven bestaande > rol van verschillende hersenstructuren verandert over
evolutie > rol in organisatie van vrijheidsgraden verandert
,Hoe complexer de beweging > hoe meer neurale structuren in netwerk betrokken > hoe
meer bewuste controle
Verklaringsmodellen motorische controle:
Hangt af van soort motorisch gedrag
Hangt af van taakeisen binnen een motorisch gedrag
- Verklaringsmodellen verschillen en kunnen in conflict zijn
Meetmethoden:
Kinematica: verplaatsing van ledematen door de ruimte (positie/snelheid/versnelling)
Meet relatie tussen ledematen
Bepaalt relatie tussen pixels en bepaalde locatie > 3D locatie ledemaat vaststellen
o Meten van bekend volume in de ruimte
o Gebruik van meerdere camera’s
o Corrigeer voor lensafwijking
Passieve systemen: Camera met reflecterende markers: camera straalt IR uit >
markers dat reflecteren > camera’s dat meten
o Markers kunnen uit beeld raken > model gebruiken om positie in te kunnen
schatten
Actieve systemen: markers zenden zelf licht uit > camera dat registreren
o Marker uit beeld > systeem ‘weet’ altijd welke marker gemeten moet worden
Positie vastleggen > differentiëren = snelheid > differentiëren = versnelling
Pixels kunnen kleine afwijking veroorzaken: klein ruis > groot effect bij
versnelling
o Data filteren
o Positie camerametingen niet geschikt voor hoge versnellingen
Piezo-elektrisch materiaal: zet druk om in spanning
o Kracht hiervan hangt af van versnelling dat uit het apparaat komt
Versnellingsopnemer ligt stil > 9.81 ms-2 detecteren
Versnellingsopnemer meet langs aas > oriëntatie lichaamssegment
IMMS (Intertial and Magnetic Measurement System): bewegingen in vrije situaties
van een afstand meten
Opto-elektrisch IMMS
Hoge nauwkeurigheid Redelijke nauwkeurigheid:
Nauwkeurigheid beïnvloed door omgeving
(ijzer)
Hoge meetfreq Acceptabele meetfreq
Gebonden aan lab Metingen in vrije situaties
Meetvolume is beperkt Meetvolume is onbeperkt
Duur Goedkoop
Markers kunnen uit beeld raken Markers kunnen nooit uit beeld raken
, Krachtplaat: meet kracht die lichaam uitoefent op ruimte
Kracht uitoefenen op voorwerp > voorwerp vervormen > veranderen van elektrische
weerstand
GRF (Ground Reaction Force): is tegengesteld aan de kracht die op de grond wordt
uitgeoefend.
EMG (elektromyogram): meet Motor Unit Action Potentiaal van spier (spieractiviteit)
Motor Unit Action Potentiaal: som van elektrische activiteit van alle actieve motor units
EMG hangt af van:
Taak
Specifieke spier eigenschapen
Spier sterker contraheren > EMG amplitude toenemen
o Relatie EMG amplitude en spierkracht ≠ lineair
Raw EMG: motor unit action potential
Full-wave rectified EMG: absolute waarden raw EMG > positief
Linear envelope: filter toepassen > globale trend krijgen
Hoofdstuk 1 – sectie 1.1 – Goal-directed motor behaviour
Motorisch gedrag: doelgedrag als gevolg van aanspannen van spieren
Gedrag is doelgericht > doelgerichte motorische handeling
o Waarneming is onmisbaar voor doelgericht gedrag
Bewegingen worden aangepast aan situatie
Beweging: verplaatsing van ledemaat
Handeling: uitvoeren van taak > doel behalen
> beweging wordt aan gepast om handeling in verschillende situaties uit te voeren om
een doel te bereiken
Herhalingen: zijn nooit hetzelfde > veel variatie
Taak uitvoering
Traject niet altijd hetzelfde
Veel variatie in verandering gewrichtshoeken
o Er zijn gewrichtshoeken die de plek op het doel niet verandert
Sensorimotor principe: handelingen worden uitgevoerd om een doel te bereiken. Dit
vereist waarnemen van het doel
Hoofdstuk 1 – sectie 1.2 – Principles of Error-correcting Feedback Control
