Sensomotorische coördinatie – samenvatting
Hoorcollege 1: Intro, Context-bepaalde variabiliteit, Feedback Sturing
(1.1, 1.2, 1.4)
Coördinatie van spieractiviteit: Hoe bewegen de ledematen correct ten opzichte van elkaar
en de omgeving? Hoe komt coördinatie tot stand? zenuwstelsel, hersenen, ruggenmerg
Bewegingen worden nooit precies hetzelfde uitgevoerd en worden beïnvloed door factoren
die invloed hebben op eenzelfde doel:
Doel: Beïnvloed door de situatie, bijvoorbeeld alle tijd hebben of je moeten haasten
voor de bus
Persoon: jong, oud, techniek, blessures etc.
Omgeving: we bewegen nooit in een vacuüm, bijv. lopen over zand of over ijs.
Coördinatiepatronen brengen coördinatie tot stand in specifieke situaties. Bijvoorbeeld
houding heeft een effect op spieractiviteit: bij een geheven arm heeft de pectoralis major een
andere werklijn ten opzichte van de rotatie-as van de schouder en daarmee een andere
functie.
Doelgerichte motorische handeling: het specifieke motorische gedrag dat leidt tot een
specifiek resultaat. Motorische taak wordt verdeeld in subtaken: elementaire/discrete
handelingen
Context bepaalde variabiliteit
Motorische commando’s hebben niet steeds hetzelfde effect, omdat de omstandigheden
steeds (een beetje anders zijn). Er is dus geen 1-op-1 correspondentie tussen de motorische
commando en de resulterende beweging. Commando’s moeten afgestemd zijn op de
toestand van het bewegingsapparaat en de omgeving. Hiervoor is sensorische informatie
nodig. Er is dus een bepaalde variatie in bewegingen die te maken heeft met de context. Dit
staat ook wel bekend als
- Principe van motorische fit: Het bereiken van hetzelfde resultaat in verschillende
omstandigheden zal over het algemeen ander motorisch gedrag vereisen (bijv.
andere lichaamsbewegingen en/of spiersamentrekkingen). Het gedrag moet passen
bij de specifieke omstandigheden. Motorisch aanpassingsvermogen en
equivalentie.
- Vrijwillig gedrag: Doelgericht gedrag dat bewust met de bewuste intentie wordt
uitgevoerd om het doel te bereiken, waarbij de uitvoerder zich ervan bewust is dat hij
de keuze heeft om het al dan niet uit te voeren.
Sensorische informatie
Sensorimotorisch principe: zintuigelijke waarneming is
noodzakelijk voor doelgerichtheid, het is zintuiglijke
waarneming die het mogelijk maakt dat motorisch gedrag
doelgericht is. Perceptie-actie lus: zenuw-spier-skeletstelsel.
Informatie van de zintuigen naar de spieren, die weer
informatie terugsturen naar de hersenen. Sensorische
informatie/signalen gaan van en naar het zenuwstelsel en
van en naar het spier-skelet-systeem.
Motor action zorgt voor een kracht uitwisseling met de
omgeving. Krachtregulatie: onder invloed van het zenuwstelsel. Newton: actie=reactie, de
omgeving oefent ook reactiekrachten uit op het lichaam. Daarnaast zijn er externe krachten,
,zoals zwaartekracht. Sensorische informatie biedt een doel of reden om te gaan bewegen,
als actie of als reactie
Sensomotorische integratie
Perceptie-actie-lus: de koppeling van waarneming en beweging die van belang is voor de
coördinatie. Een waarneming uit de omgeving is een motivatie om te gaan bewegen, ten
gevolge van de beweging komt er weer informatie uit de
zintuigen, spieren en gewrichten
- Re-afferentie (rode pijl): Informatie ten gevolge van
een eigen gemaakte beweging/ zelf uitgevoerde
beweging.
- Ex-afferentie (blauwe lijn): informatie over de
omgeving die niet het gevolg is van een zelf
uitgevoerde beweging.
2 banen tussen het zenuwstelsel en het spier-skelet-systeem
- Efferent: Afvoerend, van het zenuwstelsel af
- Afferent: Aanvoerend, naar het zenuwstelsel toe
Let op: re-/ ex -afferent signaal kan er het zelfde uitzien. Het gaat erom dat het zelf wordt
uitgevoerd en aangestuurd zintuigelijke informatie kan zowel re- als ex-afferent zijn.
Re-afferente informatie is belangrijk voor de ontwikkeling. De relatie tussen de eigen
bewegingen en de informatie die daaruit komt moet zich ontwikkelen.
Open-lus-control
Er is hier geen re-afferente (sensorische) informatie. Er is geen informatie over of de
voorgaande beweging juist is en er wordt dus niet op gecorrigeerd. Een fout in een beweging
bouwt hierdoor op. De motorische commando’s worden afgestemd op de eigenschappen van
het spier-skelet-systeem, de regelaar maakt hierbij gebruik van het invers model.
- Er kunnen geen correcties worden
uitgevoerd bij fouten of
verstoringen
- Wel kan een motorisch commando
van te voren worden afgestemd op
de situatie: feed-forward controle
Invers model: Het zenuwstelsel geeft de commando’s op basis van de vraag welke er nodig
zijn om de nodige kracht of beweging te genereren. Hiervoor moet er in het zenuwstelsel een
representatie zijn van eigenschappen van het systeem (lengte,
ledematen, etc) en eventueel van de context. De gewenste
output is eerder gegeneerd en de commando’s kunnen terug
geredeneerd worden.
Gesloten-lus controle
= feedback controle, met gebruik
van sensorische informatie. De re-
afferente (sensorische feedback)
informatie wordt gebruikt om fouten
in de aansturing of effecten van
verstoringen te corrigeren. Dit is
een continu proces waarbij de
beweging heel de tijd wordt
vergeleken met hoe deze eruit zou
moeten zien.
Open-lus controle
, - Geen gebruik van re-afferente informatie
- Geen bijsturing
Voordeel: snel
Nadeel: geen correcties bij fouten/verstoringen
Gesloten-lus controle
- Bijsturing op basis van sensorische (re-afferente) feedback
- Meestal wat mensen doen (normale manier)
Voordeel: correcties bij fouten/verstoringen, nauwkeuriger
Nadeel: kost meer tijd
Hoorcollege 2: Vrijheidsgraden probleem
(2.4 , collegedictaat 1)
Vrijheidsgraden
Mechanisch: met betrekking tot >100 gewrichten in het menselijk lichaam. Beschrijft het
aantal bewegingsmogelijkheden in een gewricht ten opzichte van de rotatie-assen.
- De rotatie-assen van de gewrichten die betrokken zijn bij de beweging. Het
zenuwstelsel moet controle hebben over alle vrijheidsgraden die meedoen in een
beweging.
Voorbeelden:
- Schouder: 3 df’s
- Ellenboog: 1 df
- Pols: 2 df’s
Df (degrees of freedom) = het aantal onafhankelijke parameters dat nodig is om de
configuratie (houding) van de gehele hefinrichting volledig te specificeren.
Het motorisch systeem heeft veel vrijheidsgraden en daarmee veel mogelijkheden/manieren
tot het uitvoeren van een beweging. Het systeem is hierdoor redundant: Het heeft veel
verschillende mogelijke oplossingen tot een beweegprobleem.
Een voordeel hiervan is dat het systeem flexibel is en een grote motorische equivalentie
heeft: op verschillende manieren kan eenzelfde doel worden bereikt. Dit kan bijv. door het
gebruik van andere effectoren of andere trajecten.
Vrijheidsgradenprobleem:
- Oneindig veel mogelijke bewegingen welke mogelijkheid kiest CZS?
- Enorm aantal vrijheidsgraden Hoe controleert het CZS die vrijheidsgraden?
Principes om het probleem hanteerbaar te maken:
- Randvoorwaarden: inperking van de mogelijkheden
- Synergiën: inperking van het aantal te controleren df’s (spieren als functionele
eenheid)
Randvoorwaarden
Welke keuze maakt het zenuwstelsel voor een type beweging?
- Traject: heeft betrekking op het bewegingstraject dat door de eindeffector wordt
gemaakt.
Korte/efficiënte route
Zenuwstelsel houdt rekening met eventuele vervolgbeweging gehele
beweging wordt efficiënter
- Inverse kinematica: Terug redeneren naar de nodige beweging vanuit het doel.
Kinematica: positie, versnelling, snelheid, etc.
Invers: Welke beweging in de gewrichten heb je nodig om een bepaald doel te
bereiken?
, o Positie: vermijden van extreme gewrichtshoeken tussen de ledematen
o Minimal jerk principe: streven naar een minimale waarde van de jerk en
dus een vloeiende, niet schokkerige bewegingen. Jerk = de verandering
in snelheid.
- Inverse dynamica: Een moment in een gewricht waardoor beweging plaats vindt.
Spierkracht realiseren voor torque: Moment = Kracht * arm. Ook hier streeft het
zenuwstelsel naar zo vloeiend mogelijke bewegingen, door te streven naar minimale
verandering in gewrichtsmomenten en spierstijfheid.
Alle drie de randvoorwaarden komen uiteindelijk neer op efficiëntie van het systeem voor het
gewenste doel.
Kinematica = de studie en beschrijving van beweging zonder rekening te houden met de
krachten die de beweging veroorzaken, waarbij het gaat om grootheden als positie,
verplaatsing, afstand, snelheid en versnelling.
Dynamica = De studie en beschrijving van de oorzakelijke processen die beweging
voortbrengen, met grootheden als koppel en kracht.
Synergiën
Hoe zorgt het zenuwstelsel voor controle van de vrijheidsgraden in gewrichten ten opzichte
van elkaar? Synergiën zijn als het ware inperkingen van het aantal te controleren
vrijheidsgraden door koppelingen tussen spieren door middel van verbindingen op neuraal
niveau. Hierdoor is er een soort samenwerking van een groep spieren die samen meer
gewrichten overspannen en opereren als functionele eenheid. De koppelingen maken het
bestuurbaar, maar beperken de bewegingsvrijheid.
Mechanische synergisten: twee verschillende spieren waarvan de contractie een torsie
veroorzaakt om dezelfde rotatie-as van een gewricht in dezelfde richting. De spieren zijn
synergetisch ten opzichte van deze rotatie-as, maar niet noodzakelijk in alle andere.
Let op: een kleinere bewegingsrange betekent niet per se minder vrijheidsgraden. Een
synergie kan voorkomen in 2 vormen;
- Structureel: aangeboren neurale verbindingen die zijn ingebakken in het systeem.
Bijvoorbeeld koppeling tussen ledematen die meestal één frequentiecoördinatie
aanhouden.
- Tijdelijk: ontwikkelingen van coördinatiepatronen om met een steeds betere koppeling
steeds makkelijker bewegingen te maken. Een tijdelijke synergie kan ook betrekking
hebben op een enkele taak. Bijvoorbeeld een hoge correlatie (goede koppeling)
tussen de heup-knie tijdens lopen van volwassen, die alleen geactiveerd wordt bij
daadwerkelijk lopen. De synergie treedt dus alleen op bij de betreffende taak.
Synergieën zijn niet te meten, maar worden geïnterpreteerd op basis van gedragspatronen
Compensatoire variabiliteit
Uitgelegd aan de hand van pistoolschieten. In de drie betrokken gewrichten (schouder,
ellenboog, pols) is er tussen beginners en experts evenveel beweging te zien, toch schiet de
expert vaker raak. Dit komt doordat de bewegingen van de expert in de verschillende
gewrichten elkaar opheffen, waardoor de uiteindelijke richting van het pistool ‘rechter’ op het
doel is.
Hoorcollege 1: Intro, Context-bepaalde variabiliteit, Feedback Sturing
(1.1, 1.2, 1.4)
Coördinatie van spieractiviteit: Hoe bewegen de ledematen correct ten opzichte van elkaar
en de omgeving? Hoe komt coördinatie tot stand? zenuwstelsel, hersenen, ruggenmerg
Bewegingen worden nooit precies hetzelfde uitgevoerd en worden beïnvloed door factoren
die invloed hebben op eenzelfde doel:
Doel: Beïnvloed door de situatie, bijvoorbeeld alle tijd hebben of je moeten haasten
voor de bus
Persoon: jong, oud, techniek, blessures etc.
Omgeving: we bewegen nooit in een vacuüm, bijv. lopen over zand of over ijs.
Coördinatiepatronen brengen coördinatie tot stand in specifieke situaties. Bijvoorbeeld
houding heeft een effect op spieractiviteit: bij een geheven arm heeft de pectoralis major een
andere werklijn ten opzichte van de rotatie-as van de schouder en daarmee een andere
functie.
Doelgerichte motorische handeling: het specifieke motorische gedrag dat leidt tot een
specifiek resultaat. Motorische taak wordt verdeeld in subtaken: elementaire/discrete
handelingen
Context bepaalde variabiliteit
Motorische commando’s hebben niet steeds hetzelfde effect, omdat de omstandigheden
steeds (een beetje anders zijn). Er is dus geen 1-op-1 correspondentie tussen de motorische
commando en de resulterende beweging. Commando’s moeten afgestemd zijn op de
toestand van het bewegingsapparaat en de omgeving. Hiervoor is sensorische informatie
nodig. Er is dus een bepaalde variatie in bewegingen die te maken heeft met de context. Dit
staat ook wel bekend als
- Principe van motorische fit: Het bereiken van hetzelfde resultaat in verschillende
omstandigheden zal over het algemeen ander motorisch gedrag vereisen (bijv.
andere lichaamsbewegingen en/of spiersamentrekkingen). Het gedrag moet passen
bij de specifieke omstandigheden. Motorisch aanpassingsvermogen en
equivalentie.
- Vrijwillig gedrag: Doelgericht gedrag dat bewust met de bewuste intentie wordt
uitgevoerd om het doel te bereiken, waarbij de uitvoerder zich ervan bewust is dat hij
de keuze heeft om het al dan niet uit te voeren.
Sensorische informatie
Sensorimotorisch principe: zintuigelijke waarneming is
noodzakelijk voor doelgerichtheid, het is zintuiglijke
waarneming die het mogelijk maakt dat motorisch gedrag
doelgericht is. Perceptie-actie lus: zenuw-spier-skeletstelsel.
Informatie van de zintuigen naar de spieren, die weer
informatie terugsturen naar de hersenen. Sensorische
informatie/signalen gaan van en naar het zenuwstelsel en
van en naar het spier-skelet-systeem.
Motor action zorgt voor een kracht uitwisseling met de
omgeving. Krachtregulatie: onder invloed van het zenuwstelsel. Newton: actie=reactie, de
omgeving oefent ook reactiekrachten uit op het lichaam. Daarnaast zijn er externe krachten,
,zoals zwaartekracht. Sensorische informatie biedt een doel of reden om te gaan bewegen,
als actie of als reactie
Sensomotorische integratie
Perceptie-actie-lus: de koppeling van waarneming en beweging die van belang is voor de
coördinatie. Een waarneming uit de omgeving is een motivatie om te gaan bewegen, ten
gevolge van de beweging komt er weer informatie uit de
zintuigen, spieren en gewrichten
- Re-afferentie (rode pijl): Informatie ten gevolge van
een eigen gemaakte beweging/ zelf uitgevoerde
beweging.
- Ex-afferentie (blauwe lijn): informatie over de
omgeving die niet het gevolg is van een zelf
uitgevoerde beweging.
2 banen tussen het zenuwstelsel en het spier-skelet-systeem
- Efferent: Afvoerend, van het zenuwstelsel af
- Afferent: Aanvoerend, naar het zenuwstelsel toe
Let op: re-/ ex -afferent signaal kan er het zelfde uitzien. Het gaat erom dat het zelf wordt
uitgevoerd en aangestuurd zintuigelijke informatie kan zowel re- als ex-afferent zijn.
Re-afferente informatie is belangrijk voor de ontwikkeling. De relatie tussen de eigen
bewegingen en de informatie die daaruit komt moet zich ontwikkelen.
Open-lus-control
Er is hier geen re-afferente (sensorische) informatie. Er is geen informatie over of de
voorgaande beweging juist is en er wordt dus niet op gecorrigeerd. Een fout in een beweging
bouwt hierdoor op. De motorische commando’s worden afgestemd op de eigenschappen van
het spier-skelet-systeem, de regelaar maakt hierbij gebruik van het invers model.
- Er kunnen geen correcties worden
uitgevoerd bij fouten of
verstoringen
- Wel kan een motorisch commando
van te voren worden afgestemd op
de situatie: feed-forward controle
Invers model: Het zenuwstelsel geeft de commando’s op basis van de vraag welke er nodig
zijn om de nodige kracht of beweging te genereren. Hiervoor moet er in het zenuwstelsel een
representatie zijn van eigenschappen van het systeem (lengte,
ledematen, etc) en eventueel van de context. De gewenste
output is eerder gegeneerd en de commando’s kunnen terug
geredeneerd worden.
Gesloten-lus controle
= feedback controle, met gebruik
van sensorische informatie. De re-
afferente (sensorische feedback)
informatie wordt gebruikt om fouten
in de aansturing of effecten van
verstoringen te corrigeren. Dit is
een continu proces waarbij de
beweging heel de tijd wordt
vergeleken met hoe deze eruit zou
moeten zien.
Open-lus controle
, - Geen gebruik van re-afferente informatie
- Geen bijsturing
Voordeel: snel
Nadeel: geen correcties bij fouten/verstoringen
Gesloten-lus controle
- Bijsturing op basis van sensorische (re-afferente) feedback
- Meestal wat mensen doen (normale manier)
Voordeel: correcties bij fouten/verstoringen, nauwkeuriger
Nadeel: kost meer tijd
Hoorcollege 2: Vrijheidsgraden probleem
(2.4 , collegedictaat 1)
Vrijheidsgraden
Mechanisch: met betrekking tot >100 gewrichten in het menselijk lichaam. Beschrijft het
aantal bewegingsmogelijkheden in een gewricht ten opzichte van de rotatie-assen.
- De rotatie-assen van de gewrichten die betrokken zijn bij de beweging. Het
zenuwstelsel moet controle hebben over alle vrijheidsgraden die meedoen in een
beweging.
Voorbeelden:
- Schouder: 3 df’s
- Ellenboog: 1 df
- Pols: 2 df’s
Df (degrees of freedom) = het aantal onafhankelijke parameters dat nodig is om de
configuratie (houding) van de gehele hefinrichting volledig te specificeren.
Het motorisch systeem heeft veel vrijheidsgraden en daarmee veel mogelijkheden/manieren
tot het uitvoeren van een beweging. Het systeem is hierdoor redundant: Het heeft veel
verschillende mogelijke oplossingen tot een beweegprobleem.
Een voordeel hiervan is dat het systeem flexibel is en een grote motorische equivalentie
heeft: op verschillende manieren kan eenzelfde doel worden bereikt. Dit kan bijv. door het
gebruik van andere effectoren of andere trajecten.
Vrijheidsgradenprobleem:
- Oneindig veel mogelijke bewegingen welke mogelijkheid kiest CZS?
- Enorm aantal vrijheidsgraden Hoe controleert het CZS die vrijheidsgraden?
Principes om het probleem hanteerbaar te maken:
- Randvoorwaarden: inperking van de mogelijkheden
- Synergiën: inperking van het aantal te controleren df’s (spieren als functionele
eenheid)
Randvoorwaarden
Welke keuze maakt het zenuwstelsel voor een type beweging?
- Traject: heeft betrekking op het bewegingstraject dat door de eindeffector wordt
gemaakt.
Korte/efficiënte route
Zenuwstelsel houdt rekening met eventuele vervolgbeweging gehele
beweging wordt efficiënter
- Inverse kinematica: Terug redeneren naar de nodige beweging vanuit het doel.
Kinematica: positie, versnelling, snelheid, etc.
Invers: Welke beweging in de gewrichten heb je nodig om een bepaald doel te
bereiken?
, o Positie: vermijden van extreme gewrichtshoeken tussen de ledematen
o Minimal jerk principe: streven naar een minimale waarde van de jerk en
dus een vloeiende, niet schokkerige bewegingen. Jerk = de verandering
in snelheid.
- Inverse dynamica: Een moment in een gewricht waardoor beweging plaats vindt.
Spierkracht realiseren voor torque: Moment = Kracht * arm. Ook hier streeft het
zenuwstelsel naar zo vloeiend mogelijke bewegingen, door te streven naar minimale
verandering in gewrichtsmomenten en spierstijfheid.
Alle drie de randvoorwaarden komen uiteindelijk neer op efficiëntie van het systeem voor het
gewenste doel.
Kinematica = de studie en beschrijving van beweging zonder rekening te houden met de
krachten die de beweging veroorzaken, waarbij het gaat om grootheden als positie,
verplaatsing, afstand, snelheid en versnelling.
Dynamica = De studie en beschrijving van de oorzakelijke processen die beweging
voortbrengen, met grootheden als koppel en kracht.
Synergiën
Hoe zorgt het zenuwstelsel voor controle van de vrijheidsgraden in gewrichten ten opzichte
van elkaar? Synergiën zijn als het ware inperkingen van het aantal te controleren
vrijheidsgraden door koppelingen tussen spieren door middel van verbindingen op neuraal
niveau. Hierdoor is er een soort samenwerking van een groep spieren die samen meer
gewrichten overspannen en opereren als functionele eenheid. De koppelingen maken het
bestuurbaar, maar beperken de bewegingsvrijheid.
Mechanische synergisten: twee verschillende spieren waarvan de contractie een torsie
veroorzaakt om dezelfde rotatie-as van een gewricht in dezelfde richting. De spieren zijn
synergetisch ten opzichte van deze rotatie-as, maar niet noodzakelijk in alle andere.
Let op: een kleinere bewegingsrange betekent niet per se minder vrijheidsgraden. Een
synergie kan voorkomen in 2 vormen;
- Structureel: aangeboren neurale verbindingen die zijn ingebakken in het systeem.
Bijvoorbeeld koppeling tussen ledematen die meestal één frequentiecoördinatie
aanhouden.
- Tijdelijk: ontwikkelingen van coördinatiepatronen om met een steeds betere koppeling
steeds makkelijker bewegingen te maken. Een tijdelijke synergie kan ook betrekking
hebben op een enkele taak. Bijvoorbeeld een hoge correlatie (goede koppeling)
tussen de heup-knie tijdens lopen van volwassen, die alleen geactiveerd wordt bij
daadwerkelijk lopen. De synergie treedt dus alleen op bij de betreffende taak.
Synergieën zijn niet te meten, maar worden geïnterpreteerd op basis van gedragspatronen
Compensatoire variabiliteit
Uitgelegd aan de hand van pistoolschieten. In de drie betrokken gewrichten (schouder,
ellenboog, pols) is er tussen beginners en experts evenveel beweging te zien, toch schiet de
expert vaker raak. Dit komt doordat de bewegingen van de expert in de verschillende
gewrichten elkaar opheffen, waardoor de uiteindelijke richting van het pistool ‘rechter’ op het
doel is.
