марта
20
Экспериментальное моделирование регуляции двигательной системы
Кибернетические схемы названных выше авторов имеют большое значение для применения технических и математических методов изучения и описания саморегулирующихся механизмов к описанию саморегуляции живых движений. Следующим важным шагом в развитии кибернетического подхода к изучению живых движений является экспериментальное моделирование кибернетической системы позы и простых движений человека. Примером экспериментального моделирования кибернетической системы позы человека является модель, построенная Houk J. С. (1963).
На этой блок-схеме мышцы, производящие движение частей тела в одном направлении, условно названы агонистами,. мышцы, вызывающие движение в противоположном направлении— антагонистами. Вращательный момент, создаваемый в суставах тела сокращениями мышечных групп, может иметь положительный или отрицательный знак. В данном случае взаимодействие обеих групп мышц после интегрирования вращательного момента приводит к развитию угловой скорости в лучелоктевом суставе (вращение кисти). На блок-схеме показана обратная связь от знака угловой скорости к мышцам, поскольку известно, что действие вязкого сопротивления движению мышц зависит от скорости мышечного сокращения. После вторичного интегрирования переходим от угловой скорости к угловому перемещению кисти. Угловое перемещение кисти воспринимается мышечными рецепторами (веретенами) и преобразуется в нервные импульсы. Нервные сигналы от мышечных веретен направляются по афферентным нервам к альфа-мотонейронам, расположенным в спинном мозге. Здесь возникают альфа-эфферентные сигналы, которые направляются к мышцам, завершая обратную связь. Блок-схема позволяет объяснить две функции позной кибернетической системы. Первая из этих функций — поддержание постоянной заданной позы, когда угол поворота кисти остается постоянным. Предположим, что действует какая-то внешняя сила, стремящаяся повернуть кисть и изменить ее положение в то время, как исследуемый субъект соблюдает инструкцию поддерживать заданную позу. Удар по рычагу, удерживаемому в кисти, произведет некоторый поворот кисти, но при наличии обратной связи через мышечные веретена и альфа-мотонейроны обратно к мышцам сокращение мышц быстро вернет кисть в исходное положение. Вторая функция — осуществление произвольного изменения позы. Такое изменение позы может быть выполнено при участии сигналов, идущих от высших нервных центров. Высшие нервные центры посылают сигналы к альфа-мотонейронам спинного мозга, от которых направляются импульсы, вызывающие сокращение соответствующих мышц. Одновременно высшие центры посылают также сигналы к мышечным веретенам (по гамма-эфферентным нервам), побуждая их к расслаблению и тем способствуя беспрепятственному сокращению мышц. Были организованы исследования реакции кибернетической позной системы на воздействие вращательных импульсов. Обследуемые лица выполняли задания удержать в определенном положении ручку стержня, на который воздействовали удары маятника, вызывающие вращательный момент. При этом регистрировались биотоки мышц pronator teres и extensor digetorum communis. Механические удары вызывают изменения положения кисти (угла 0).
Продолжительность рефлекторного проприоцептивного цикла может быть определена как интервал времени между моментом нанесения механического удара и моментом начала электромиографической реакции. Полученные фактические значения ta в серии исследований находились между 15-й и 20-й миллисекундами. Следовательно, рефлекс на растяжение мышц с задержкой около 20 мс был ответственен за восстановление позы, нарушенной механическим воздействием. Данный рефлекс должен быть •отнесен к рефлексам, происходящим на уровне спинного мозга, моносинаптическим подобным коленному рефлексу, продолжительность которого у человека находится в пределах от 0,019 с (у детей в возрасте 7 лет) до 0,025 с (у 17-летних).