Sensomotorische Coördinatie
College 1: Algemene inleiding
Coördinatie komt tot stand via de hersenen en het Centrale Zenuwstelsel (CZS).
3 factoren die bij het coördineren van beweging een rol spelen
- Doel van de beweging (hangt ook af van situatie: trein halen of joggen)
- Persoon (hoeveel ervaring heb je, beperking, baby, last van knie)
- Omgeving waarin je beweegt (ijsbaan of zandpad (ondergrond), tegenwind, licht/donker)
Context-bepaalde variabiliteit
- Motorische commando’s hebben niet steeds hetzelfde effect, omdat de omstandigheden steeds (een
beetje) anders zijn
o Geen 1-op-1 correspondentie tussen de motorische commando en responderende beweging
o Hoe vermoeid je bent, hoe hard het waait etc, nooit 100% hetzelfde
- Commando’s moeten afgestemd zijn op toestand van het bewegingsapparaat en de omgeving
- Nodig: sensorische informatie uit ons lichaam en informatie over de wereld om ons heen
o Nodig om te bewegen en te functioneren
o Deze informatie krijgt het zenuwstelsel van de zintuigen
Zenuw-spier-skelet-stelsel
Spieren
- Om te kunnen bewegen stuurt het zenuwstelsel commando’s naar het spier skelet systeem (SSS).
- Andersom krijgt het CZS weer informatie van het SSS. Het CZS kan het SSS aansturen en zo kunnen we
bewegen.
- Krachtuitwisseling met de omgeving onder controle van het zenuwstelsel, we kunnen weinig kracht
leveren of veel, daar kan het zenuwstelsel invloed op uitoefenen.
- Er werken ook krachten uit de omgeving in op ons spierskelet systeem (actie = reactie).
o Reactie krachten
o Kracht van de wind
o Zwaartekracht
- Zodra je kracht uitoefent op de omgeving, oefent de omgeving ook kracht uit op jou (actie = reactie)
- Je kent de omgeving door de sensorische informatie van de omgeving. (geluiden of geuren) Hierop kun
je reageren.
Omgeving
- Je ziet iets, je wilt er naartoe lopen, zodra je ernaartoe loopt krijg je informatie over de beweging,
maar ook visuele informatie. Je krijgt tijdens de beweging informatie vanuit je omgeving, maar ook
informatie of et effect van je eigen beweging
Sensorische integratie
- Perceptie-actie lus
- Koppeling over wat je waarneemt en je beweging → is van belang voor het aansturen van je beweging
- Waarneming → hersenen → motivatie om te bewegen → spieren → effect van je beweging →
hersenen
Belangrijke begrippen
- Efferent: afvoerend, van het zenuwstelsel af
- Afferent: aanvoerend, naar het zenuwstelsel toe
- Re-afferentie: informatie ten gevolge van zelf uitgevoerde beweging
o Vertelt iets over hoe jij beweegt
- Ex-afferentie: informatie over omgeving, die niet het gevolg is van zelf uitgevoerde beweging
,Zonder sensorische feedback (= re-afferentie)
- Open-lus-controle (‘open loop’)
- Motorisch commando afgestemd op eigenschappen SSS: regelaar gebruikt ‘invers model’
o Invers: je werkt terug
o Geen correcties bij fouten of verstoringen
o Motorisch commando kan van tevoren worden afgestemd op de situatie: ‘feedforward-
controle’
Invers model
- Representatie van eigenschappen van
o Het systeem (bijvoorbeeld lengte/gewicht ledematen; werklijnen spieren)
o En eventueel context (bijvoorbeeld tennis racket)
- Het invers model verandert over de tijd, geen statisch iets maar het past zich aan.
Feedforward-controle
- Je ziet een mogelijke verstoring aankomen en je past je bewegingen er alvast op aan
- Type informatie: ex-afferent
Feedback-controle
- Als je wel re-afferente informatie hebt, kan je je bij zo’n verstoring herstellen
- Als je struikelt, maar je toch nog op tijd kan corrigeren
- Type informatie: re-afferent
- Kan gecombineerd worden met feedforward-controle
Met gebruik van sensorische feedback (re-afferentie)
- Gesloten-lus-controle (‘closed loop’) = feedback controle
- Er is een feedback lus die gebruikt kan worden om verstoringen te corrigeren
Negatieve feedback-lus: zorgt voor de verkleining van de fout, heeft een negatief effect op de fout
Bewegingscontrole
- open-lus-controle
o geen gebruik van re-afferente info; geen bijsturing
o Voordeel: snel
o Nadeel: geen correcties bij fouten en verstoringen
- gesloten-lus-controle (meestal)
o bijsturing op basis van sensorische (re-afferente) feedback
o Voordeel: correcties bij fouten/verstoringen; nauwkeuriger
o Nadeel: kost meer tijd
College 2: Vrijheidsgradenprobleem
Vrijheidsgraden
- > 100 gewrichten
- Vrijheidsgraden: de rotatie-assen van de gewrichten die betrokken zijn bij de
beweging
o Bewegingsmogelijkheden die je hebt bij verschillende gewrichten
, - df (of: DoF): degree of freedom
o 1 df = 1 rotatie as
o Arm heeft 7 vrijheidsgraden
- > 600 spieren
o een arm:
▪ schouder: ± 10 spieren
▪ elleboog: 6 spieren
▪ radio-ulnair gewricht: 4 spieren
▪ pols: 6 spieren
o ca. 10-1000 motorische eenheden per spier
Vrijheidsgraden
- het motorische system
o heeft veel vrijheidsgraden
o is hierdoor redundant (op meerdere manieren kun je eenzelfde beweging uitvoeren)
▪ omdat het systeem redundant is, heb je motorische equivalentie
- Voordeel
o flexibel (veel variatie mogelijk, verschillende manieren)
o motorische equivalentie (op verschillende manieren)
▪ zelfde bewegingsdoel bereikt met bv. verschillende trajecten; verschillende
effectoren
▪ met elleboog of knie een deur openen
Vrijheidsgradenprobleem
- Oneindig veel bewegingen mogelijk → Welke ‘kiest’ CZS?
- Enorm aantal vrijheidsgraden → Hoe controleert CZS die?
- Principes om probleem hanteerbaar te maken:
o Randvoorwaarden
▪ inperking van mogelijkheden
o Synergieën
▪ inperking van aantal te controleren dfs
▪ koppelingen tussen spieren, kunnen synergie als geheel aansturen in plaats van elke
spier apart
Randvoorwaarden
- traject (‘path’) = wat afgelegd wordt door eind effector (lichaamsdeel waarmee je iets wilt doen)
o korte/efficiënte route
o rekening houden met vervolgbeweging
- inverse kinematica (positie, snelheid, versnelling) inverse = werkt
omgekeerd, welke gewrichten zijn nodig om het traject te bereiken
o extreme gewrichtshoeken vermijden
o vloeiend (‘minimal jerk principe’)
- inverse dynamica (krachten, momenten)
o minimale verandering in gewrichtsmomenten en spierstijfheid
o inverse = gegeven bepaalde bewegingen, welke krachten of
momenten er nodig zijn
o dynamica = krachten die werken rond de spier of momenten
o moment = F x d (kracht x afstand tot rotatiepunt)
Alle randvoorwaarden komen neer op efficiëntie.
Alle 3 de niveaus tegelijk, niet eerst de een en dan de andere
Minimal jerk principe
- de volgende afgeleide na versnelling → de verandering van de versnelling = de vloeiendheid van de
beweging
- gemiddelde nemen van absolute waarde, zodat er alleen positieve waardes zijn
- hoe kleiner de jerk, hoe vloeiender de beweging
- zenuwstelsel streeft ernaar om zo vloeiend mogelijk te bewegen
- als jerk 0 is, heb je niet bewogen
, Synergiën
- inperking (verlaging) van aantal te controleren dfs
- koppelingen (neurale netwerken) tussen spieren waardoor aansturen makkelijker wordt
- links: 5 df, rechts: 2 df
- samenwerking van een groep spieren die samen meerdere gewrichten
overspannen
- deze spieren opereren als een functionele eenheid
- CZS kan synergie als geheel aansturen, in plaats van alle spieren apart
(minder onafhankelijke dfs)
- zo’n synergie (‘constraint’) kan zowel tijdelijk als structureel zijn
- makkelijk bestuurbaar
Ontwikkeling coördinatie beenbewegingen
- eerst weinig df, later nieuwe synergiën
- heup-knie: nodig tijdens het lopen, dus daarom hoge correlatie bij
volwassenen
College 3: Neurofysiologische achtergronden van bewegingscoördinatie (1)
Het Centraal ZenuwStelsel (CZS) bestaat uit het brein en het ruggenmerg
Brein in schedel, omgeven door bot. Ruggenmerg in ruggengraad.
Hersenstam: ademhaling, voortplanting, basale cerebellum
Pallum = voorloper hersenschors
Reptielenbrein = hersenstam, zoogdierbrein = binnenbrein
Neocortex is bij mensen heel erg ontwikkeld.
Fylogenetische model van CZS (3 niveaus)
- Neoniveau (hersenschors)
o bewuste aandacht, nieuwe vaardigheden, planning, afstemming op sociale context
o cognitieve functies
o onderdrukking van de andere niveaus (→ bijvoorbeeld inhouden van emoties om op een
communicatieve manier het probleem op te lossen)
o prefrontale schors speelt een rol bij planningen afstemmen van gedrag op sociale context
College 1: Algemene inleiding
Coördinatie komt tot stand via de hersenen en het Centrale Zenuwstelsel (CZS).
3 factoren die bij het coördineren van beweging een rol spelen
- Doel van de beweging (hangt ook af van situatie: trein halen of joggen)
- Persoon (hoeveel ervaring heb je, beperking, baby, last van knie)
- Omgeving waarin je beweegt (ijsbaan of zandpad (ondergrond), tegenwind, licht/donker)
Context-bepaalde variabiliteit
- Motorische commando’s hebben niet steeds hetzelfde effect, omdat de omstandigheden steeds (een
beetje) anders zijn
o Geen 1-op-1 correspondentie tussen de motorische commando en responderende beweging
o Hoe vermoeid je bent, hoe hard het waait etc, nooit 100% hetzelfde
- Commando’s moeten afgestemd zijn op toestand van het bewegingsapparaat en de omgeving
- Nodig: sensorische informatie uit ons lichaam en informatie over de wereld om ons heen
o Nodig om te bewegen en te functioneren
o Deze informatie krijgt het zenuwstelsel van de zintuigen
Zenuw-spier-skelet-stelsel
Spieren
- Om te kunnen bewegen stuurt het zenuwstelsel commando’s naar het spier skelet systeem (SSS).
- Andersom krijgt het CZS weer informatie van het SSS. Het CZS kan het SSS aansturen en zo kunnen we
bewegen.
- Krachtuitwisseling met de omgeving onder controle van het zenuwstelsel, we kunnen weinig kracht
leveren of veel, daar kan het zenuwstelsel invloed op uitoefenen.
- Er werken ook krachten uit de omgeving in op ons spierskelet systeem (actie = reactie).
o Reactie krachten
o Kracht van de wind
o Zwaartekracht
- Zodra je kracht uitoefent op de omgeving, oefent de omgeving ook kracht uit op jou (actie = reactie)
- Je kent de omgeving door de sensorische informatie van de omgeving. (geluiden of geuren) Hierop kun
je reageren.
Omgeving
- Je ziet iets, je wilt er naartoe lopen, zodra je ernaartoe loopt krijg je informatie over de beweging,
maar ook visuele informatie. Je krijgt tijdens de beweging informatie vanuit je omgeving, maar ook
informatie of et effect van je eigen beweging
Sensorische integratie
- Perceptie-actie lus
- Koppeling over wat je waarneemt en je beweging → is van belang voor het aansturen van je beweging
- Waarneming → hersenen → motivatie om te bewegen → spieren → effect van je beweging →
hersenen
Belangrijke begrippen
- Efferent: afvoerend, van het zenuwstelsel af
- Afferent: aanvoerend, naar het zenuwstelsel toe
- Re-afferentie: informatie ten gevolge van zelf uitgevoerde beweging
o Vertelt iets over hoe jij beweegt
- Ex-afferentie: informatie over omgeving, die niet het gevolg is van zelf uitgevoerde beweging
,Zonder sensorische feedback (= re-afferentie)
- Open-lus-controle (‘open loop’)
- Motorisch commando afgestemd op eigenschappen SSS: regelaar gebruikt ‘invers model’
o Invers: je werkt terug
o Geen correcties bij fouten of verstoringen
o Motorisch commando kan van tevoren worden afgestemd op de situatie: ‘feedforward-
controle’
Invers model
- Representatie van eigenschappen van
o Het systeem (bijvoorbeeld lengte/gewicht ledematen; werklijnen spieren)
o En eventueel context (bijvoorbeeld tennis racket)
- Het invers model verandert over de tijd, geen statisch iets maar het past zich aan.
Feedforward-controle
- Je ziet een mogelijke verstoring aankomen en je past je bewegingen er alvast op aan
- Type informatie: ex-afferent
Feedback-controle
- Als je wel re-afferente informatie hebt, kan je je bij zo’n verstoring herstellen
- Als je struikelt, maar je toch nog op tijd kan corrigeren
- Type informatie: re-afferent
- Kan gecombineerd worden met feedforward-controle
Met gebruik van sensorische feedback (re-afferentie)
- Gesloten-lus-controle (‘closed loop’) = feedback controle
- Er is een feedback lus die gebruikt kan worden om verstoringen te corrigeren
Negatieve feedback-lus: zorgt voor de verkleining van de fout, heeft een negatief effect op de fout
Bewegingscontrole
- open-lus-controle
o geen gebruik van re-afferente info; geen bijsturing
o Voordeel: snel
o Nadeel: geen correcties bij fouten en verstoringen
- gesloten-lus-controle (meestal)
o bijsturing op basis van sensorische (re-afferente) feedback
o Voordeel: correcties bij fouten/verstoringen; nauwkeuriger
o Nadeel: kost meer tijd
College 2: Vrijheidsgradenprobleem
Vrijheidsgraden
- > 100 gewrichten
- Vrijheidsgraden: de rotatie-assen van de gewrichten die betrokken zijn bij de
beweging
o Bewegingsmogelijkheden die je hebt bij verschillende gewrichten
, - df (of: DoF): degree of freedom
o 1 df = 1 rotatie as
o Arm heeft 7 vrijheidsgraden
- > 600 spieren
o een arm:
▪ schouder: ± 10 spieren
▪ elleboog: 6 spieren
▪ radio-ulnair gewricht: 4 spieren
▪ pols: 6 spieren
o ca. 10-1000 motorische eenheden per spier
Vrijheidsgraden
- het motorische system
o heeft veel vrijheidsgraden
o is hierdoor redundant (op meerdere manieren kun je eenzelfde beweging uitvoeren)
▪ omdat het systeem redundant is, heb je motorische equivalentie
- Voordeel
o flexibel (veel variatie mogelijk, verschillende manieren)
o motorische equivalentie (op verschillende manieren)
▪ zelfde bewegingsdoel bereikt met bv. verschillende trajecten; verschillende
effectoren
▪ met elleboog of knie een deur openen
Vrijheidsgradenprobleem
- Oneindig veel bewegingen mogelijk → Welke ‘kiest’ CZS?
- Enorm aantal vrijheidsgraden → Hoe controleert CZS die?
- Principes om probleem hanteerbaar te maken:
o Randvoorwaarden
▪ inperking van mogelijkheden
o Synergieën
▪ inperking van aantal te controleren dfs
▪ koppelingen tussen spieren, kunnen synergie als geheel aansturen in plaats van elke
spier apart
Randvoorwaarden
- traject (‘path’) = wat afgelegd wordt door eind effector (lichaamsdeel waarmee je iets wilt doen)
o korte/efficiënte route
o rekening houden met vervolgbeweging
- inverse kinematica (positie, snelheid, versnelling) inverse = werkt
omgekeerd, welke gewrichten zijn nodig om het traject te bereiken
o extreme gewrichtshoeken vermijden
o vloeiend (‘minimal jerk principe’)
- inverse dynamica (krachten, momenten)
o minimale verandering in gewrichtsmomenten en spierstijfheid
o inverse = gegeven bepaalde bewegingen, welke krachten of
momenten er nodig zijn
o dynamica = krachten die werken rond de spier of momenten
o moment = F x d (kracht x afstand tot rotatiepunt)
Alle randvoorwaarden komen neer op efficiëntie.
Alle 3 de niveaus tegelijk, niet eerst de een en dan de andere
Minimal jerk principe
- de volgende afgeleide na versnelling → de verandering van de versnelling = de vloeiendheid van de
beweging
- gemiddelde nemen van absolute waarde, zodat er alleen positieve waardes zijn
- hoe kleiner de jerk, hoe vloeiender de beweging
- zenuwstelsel streeft ernaar om zo vloeiend mogelijk te bewegen
- als jerk 0 is, heb je niet bewogen
, Synergiën
- inperking (verlaging) van aantal te controleren dfs
- koppelingen (neurale netwerken) tussen spieren waardoor aansturen makkelijker wordt
- links: 5 df, rechts: 2 df
- samenwerking van een groep spieren die samen meerdere gewrichten
overspannen
- deze spieren opereren als een functionele eenheid
- CZS kan synergie als geheel aansturen, in plaats van alle spieren apart
(minder onafhankelijke dfs)
- zo’n synergie (‘constraint’) kan zowel tijdelijk als structureel zijn
- makkelijk bestuurbaar
Ontwikkeling coördinatie beenbewegingen
- eerst weinig df, later nieuwe synergiën
- heup-knie: nodig tijdens het lopen, dus daarom hoge correlatie bij
volwassenen
College 3: Neurofysiologische achtergronden van bewegingscoördinatie (1)
Het Centraal ZenuwStelsel (CZS) bestaat uit het brein en het ruggenmerg
Brein in schedel, omgeven door bot. Ruggenmerg in ruggengraad.
Hersenstam: ademhaling, voortplanting, basale cerebellum
Pallum = voorloper hersenschors
Reptielenbrein = hersenstam, zoogdierbrein = binnenbrein
Neocortex is bij mensen heel erg ontwikkeld.
Fylogenetische model van CZS (3 niveaus)
- Neoniveau (hersenschors)
o bewuste aandacht, nieuwe vaardigheden, planning, afstemming op sociale context
o cognitieve functies
o onderdrukking van de andere niveaus (→ bijvoorbeeld inhouden van emoties om op een
communicatieve manier het probleem op te lossen)
o prefrontale schors speelt een rol bij planningen afstemmen van gedrag op sociale context
