Физиологические основы управления движениями

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Благовещенский государственный педагогический университет»

Факультет педагогики и методики начального образования

Кафедра специальной и дошкольной педагогики и психологии

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

на тему: «Физиологические основы управления движениями»

по дисциплине: Возрастная анатомия и физиология человека

Благовещенск 2014

Введение

Способность двигаться - важнейшее свойство животного организма. Это доказывает тот факт, что строение и функции человеческого организма в ходе эволюции формировались в неразрывной связи с их участием в осуществлении двигательных актов. Движение лежит в основе трудовой деятельности. Ведь на заре формирования человека трудовая деятельность была прежде всего мышечной работой. Движения верхних конечностей, занимавшие все большее место в труде, содействовали постепенно тому, что человек освоил вертикальную позу и прямохождение. Без движения не было бы предпосылок для труда и, стало быть, для формирования человека. Так же, движение -- это необходимый участок психической деятельности человека. И.М. Сеченов в работе «Рефлексы головного мозга» писал: «Все бесконечное разнообразие внешних проявлений мозговой деятельности сводится окончательно к одному лишь явлению -- мышечному движению».

Все приведенные выше аргументы подтверждают актуальность изучения двигательной активности человеческого организма, что, в свою очередь, предполагает изучение физиологических основ управления движениями.

двигательный сухожилие мозг

1. Определение понятия «координация движений»

Термин «координация» происходит от латинского coordinatio -- взаимоупорядочение. Под координацией движений понимают процессы согласования активности мышц тела, направленные на успешное выполнение двигательной задачи.

Для ЦНС объектом управления является опорно-двигательный аппарат. Своеобразие скелетно-мышечной системы заключается в том, что она состоит из большого числа звеньев, подвижно соединенных в суставах, допускающих поворот одного звена относительно другого. Суставы позволяют звеньям поворачиваться относительно одной, двух или трех осей, т. е. обладать одной, двумя или тремя степенями свободы. Чтобы в трехмерном пространстве достичь любой заданной точки (в пределах длины конечности), достаточно иметь двухзвенную конечность с двумя степенями свободы в проксимальном суставе (плечо) и одной степенью свободы в дистальном (локтевой). На самом деле конечности имеют большее число звеньев и степеней свободы. Чтобы кинематическая цепь совершала нужное движение, необходимо исключить те степени свободы, которые для данного движения являются избыточными. Этого можно достичь двумя способами:

1) зафиксировать избыточные степени свободы путем одновременной активации антагонистических групп мышц (коактивация);

2) связать движения в разных суставах определенными соотношениями, уменьшив, таким образом, число независимых переменных, с которыми должна иметь дело ЦНС. Такие устойчивые сочетания одновременных движений в нескольких суставах, направленных на достижение единой цели, получили название синергии.

Весьма своеобразны и «двигатели», используемые в живом организме. Скелетные мышцы представляют собой эластомеры с нелинейной зависимостью развиваемой силы от частоты активации. При этом развитие силы автоматически сопровождается изменениями упругости и вязкости мышцы. Кроме того, напряжение мышцы зависит от ее длины (угол в суставе) и скорости удлинения или укорочения. Сложность управления движениями в суставах при помощи мышц усугубляется еще и тем, что на каждую степень свободы, как правило, приходится больше одной пары мышц. При этом многие мышцы являются двухсуставными, т.е. действуют не на один, а на два сустава. Поэтому, например, сгибание пальцев руки невозможно без одновременной активации разгибателей кисти, препятствующих действию сгибателей пальцев в лучезапястном сочленении.

Формы участия мышц в осуществлении двигательных актов весьма многообразны. Анатомическая классификация мышц (например, сгибатели и разгибатели, синергисты и антагонисты) не всегда соответствуют их функциональной роли в движениях. Так, некоторые двухсуставные мышцы в одном суставе осуществляют сгибание, а в другом -- разгибание. Антагонист может возбуждаться одновременно с агонистом для обеспечения точности движения, и его участие помогает выполнять двигательную задачу. В связи с этим, учитывая функциональный аспект координации, в каждом конкретном двигательном акте целесообразно выделить основную мышцу (основной двигатель), вспомогательные мышцы (синергисты), антагонисты и стабилизаторы (мышцы, фиксирующие, не участвующие в движении суставы). Роль мышц не ограничивается генерацией силы. Антагонисты и стабилизаторы часто функционируют в режиме растяжения под нагрузкой, который используется для плавного торможения движений, амортизации толчков.

На конечный результат движения влияют не только силы, развиваемые мышцами, но и силы немышечного происхождения. К ним относятся силы инерции, создаваемые массами звеньев тела, вовлекаемых в движение, а также силы реакции, возникающие в кинематических цепях при смешении любого из звеньев. Движение смещает различные звенья тела относительно друг друга и меняет конфигурацию тела, а, следовательно, по ходу движения изменяются моменты упомянутых сил. Вследствие изменения суставных углов меняются и моменты мышечных сил. На ход движения влияет и масса звеньев тела; моменты сил тоже изменяются в процессе движения из-за изменения ориентации звеньев относительно вектора силы тяжести. В практической деятельности человек вступает во взаимодействие с предметами внешнего мира -- различными инструментами, перемещаемыми грузами и др., и ему приходится преодолевать силы тяжести, упругости, трения, инерции, возникающие в процессе этого взаимодействия. Необходимо также нейтрализовать действие непредвиденных помех движению, которые могут возникать во внешней среде, и оперативно исправлять допущенные в ходе реализации движения ошибки. Немышечные силы вмешиваются в процесс движения и делают необходимым непрерывное согласование с ними деятельности мышечного аппарата.

В связи с перечисленными особенностями скелетно-мышечной системы и условиями ее взаимодействия с внешним миром, управление движениями оказывается немыслимым без решения задачи согласования активности большого числа мышц.

Характер этого согласования зависит от двигательной задачи. Так, если нужно взять стакан с водой, то для формирования такого движения ЦНС должна располагать информацией о положении стакана относительно тела и о исходном положении руки. Однако, поскольку мы хотим, чтобы это движение было успешным, кисть заранее раскрылась на величину, соответствующую размеру стакана, чтобы сгибатели пальцев сжимали стакан с силой, достаточной для предотвращения проскальзывания, чтобы приложенная сила была достаточной для плавного подъема, но не вызывала резкого отрыва, чтобы ориентация стакана в кисти после захвата все время была вертикальной, т.е. чтобы реализация движения соответствовала двигательной задаче, то необходимы не только данные о пространственных соотношениях, но и разные сведения о свойствах объекта манипулирования. Многие из этих сведений не могут быть получены в ходе самого движения посредством обратных связей, а должны быть заложены в программу предстоящего движения на этапе его планирования. Предполагают, что двигательная память содержит обобщенные классы двигательных программ, из числа которых в соответствии с двигательной задачей выбирается нужная. Эта программа модифицируется применительно к конкретной ситуации: однотипные движения могут выполняться быстрее или медленнее, с большей или меньшей амплитудой. Одна и та же программа может быть реализована разными наборами мышц, уровень планирования движения и уровень его исполнения не совпадают, иначе говоря, система управления движениями является многоуровневой. Действительно, произвольное пространственно ориентированное движение планируется в терминах трехмерного эвклидового пространства: вверх--вниз, вперед--назад, вправо--влево. Для выполнения этого плана необходимо перевести планируемые линейные перемещения в соответствующие угловые переменные (изменения суставных углов), определить, какие мышечные моменты необходимы для этих угловых перемещений, и, наконец, сформировать двигательные команды, которые вызовут активацию мышц, дающую необходимые значения моментов.

В планировании, преобразовании и исполнении двигательной программы участвуют различные структуры нервной системы, организованные по иерархическому принципу. Двигательная программа может быть реализована различными способами. В простейшем случае ЦНС посылает заранее сформированную последовательность команд к мышцам, не подвергающуюся во время реализации никакой коррекции. В этом случае говорят о разомкнутой системе управления. Такой способ управления используется при осуществлении быстрых, так называемых баллистических, движений. Чаше всего ход осуществления движения сравнивается с его планом на основе сигналов, поступающих от многочисленных рецепторов, и в реализуемую программу вносятся необходимые коррекции -- это замкнутая система управления с обратными связями. Однако и такое управление имеет свои недостатки. Вследствие относительно малой скорости проведения сигналов, значительных задержек в центральном звене обратной связи и времени, необходимых для развития усилия мышцей после прихода активирующей посылки, коррекция движения по сигналу обратной связи может запаздывать. Поэтому во многих случаях целесообразно реагировать не на отклонение от плана движения, а на само внешнее возмущение еще до того, как оно успело вызвать это отклонение. Такое управление называют управлением по возмущению.

В осуществлении координации движений участвуют все отделы ЦНС -- от спинного мозга до коры большого мозга. У человека двигательные функции достигли наивысшей сложности в результате перехода к прямостоя- нию и прямохождению (что осложнило задачу поддержания равновесия), специализации передних конечностей для совершения тонких движений, использования двигательного аппарата для коммуникации (речь, письмо). В управление движениями человека включены высшие формы деятельности мозга, связанные с сознанием, что дало основание называть соответствующие движения произвольными. Помимо первичной моторной коры (поле 4 по Бродману), в управлении движениями участвует премоторная кора (поле 6), включая дополнительную моторную кору, и кора поясной Извилины (поле 23).

На спинальном уровне протекают лишь простейшие координации. Тем не менее спинной мозг может осуществлять довольно обширные функции, вплоть до «спинального шагания» у животных (Ч. Шеррингтон). Нервные механизмы ствола мозга существенно обогащают двигательный репертуар, обеспечивая координацию правильной установки тела в пространстве за счет шейных и лабиринтных рефлексов (Р Магнус) и нормального распределения мышечного тонуса. Важная роль в координации движений принадлежит мозжечку. Такие качества движения, как плавность, точность, необходимая сила, реализуются с участием мозжечка путем регуляции временных, скоростных и пространственных характеристик движения. Полушария мозга (кора и базальные ядра) обеспечивают наиболее тонкие координации движений: двигательные реакции, приобретенные в индивидуальной жизни. Осуществление этих реакций базируется на работе рефлекторного аппарата ствола мозга и спинного мозга, функционирование которых многократно обогащается деятельностью высших отделов ЦНС.

2. Роль рецепторных образований мышц, сухожилий и кожи в координации движений

В мышцах человека содержатся три типа специализированных рецепторов: первичные окончания веретен, вторичные окончания веретен и сухожильные рецепторы Гольджи. Эти рецепторы реагируют на механические раздражения и участвуют в координации движении, являясь источником информации о состоянии двигательного аппарата.

Мышечное веретено имеет длину в несколько миллиметров, ширину в десятые доли миллиметра, одето капсулой и расположено в толще мышцы. Внутри капсулы находится пучок интрафузальных мышечных волокон. Веретена расположены параллельно внешним по отношению к капсуле экстрафузальным волокнам, поэтому при растяжении мышцы нагрузка на веретена увеличивается, а при сокращении -- уменьшается. В расслабленной мышце импульсация, идущая от веретен, невелика, но они реагируют повышением частоты разрядов на удлинение мышцы. Таким образом, веретена дают мозгу информацию о длине мышцы и ее изменениях. Импульсация, идущая от веретен, в спинном мозге возбуждает мотонейроны своей мышцы и тормозит мотонейроны мышцы-антагониста, а также возбуждает мотонейроны сгибателей и тормозит мотонейроны разгибателей.

Сухожильные рецепторы Гольджи находятся в зоне соединения мышечных волокон с сухожилием и расположены последовательно по отношению к мышечным волокнам. Они слабо реагируют на растяжение мышцы, но возбуждаются при ее сокращении, причем их импульсация пропорциональна силе сокращения. Поэтому сухожильные рецепторы информируют мозг о силе, развиваемой мышцей. Идущие от этих рецепторов волокна в спинном мозге вызывают торможение мотонейронов собственной мышцы и возбуждение мотонейронов мышцы-антагониста. Информация от мышечных рецепторов по восходящим путям спинного мозга поступает в высшие отделы ЦНС, включая кору большого мозга.

Чувствительность кожи и ощущение движения связаны с проведением в мозг сигналов от рецепторов по двум основным путям (трактам): лемнисковому и спиноталамическому, значительно различающимся по своим свойствам. Лемнисковый путь передает в мозг сигналы о прикосновении к коже, давлении на нее и движениях в суставах. Отличительная особенность этого пути -- быстрая передача в мозг наиболее точной информации, дифференцированной по силе и месту воздействия.

По мере перехода на все более высокие уровни изменяются некоторые важные свойства нейронов лемнискового пути. Значительно увеличиваются рецептивные поля нейронов (в продолговатом мозге -- в 2-30, а в коре большого мозга -- в 15-100 раз).

Спиноталамический путь значительно отличается от лемнискового сравнительно медленной передачей афферентных сигналов, нечетко дифференцированной информацией о свойствах раздражителя и не очень четкой ее топографической локализацией; он служит для передачи температурной, всей болевой и в значительной мере тактильной чувствительности.
Болевая чувствительность практически не представлена на корковом уровне (раздражение коры не вызывает боли), поэтому считают, что высшим центром болевой чувствительности является таламус, где 60 % нейронов в соответствующих ядрах четко реагирует на болевое раздражение.

3. Роль спинного мозга, ядер продолговатого, среднего, промежуточного мозга, ретикулярной формации и мозжечка в регуляции движений

Спинной мозг -- наиболее древнее образование нервной системы, включенное в структуру регуляции движений.

Нейроны спинного мозга образуют серое вещество, которое на срезе вид буквы «Н». Передние и задние части серого вещества называются передними и задними рогами.

В передних рогах находятся двигательные нейроны, аксоны которых подходят к мышцам. В нейронах передних рогов заканчиваются нисходящие пути центральной нервной системы, регулирующие движения. Двигательный нейрон (мотонейрон) и его аксон вместе с мышечными волокнами, которые он контролирует, называют двигательной единицей (ДЕ). Один мотонейрон с помощью разветвлений своего аксона способен контролировать много мышечных волокон. Число волокон, управляемых одним мотонейроном, варьирует в зависимости от того, насколько тонкими должны быть движения мышцы. Например, в глазодвигательных мышцах на каждый нейрон приходится примерно по три мышечных волокна; в мышцах, приводящих в движение бедро, на один нейрон приходится сотня мышечных волокон.

Сила, которую может развить мышца, зависит от числа содержащихся в ней мышечных волокон. У мотонейронов, контролирующих крупные мышцы, такие как бицепсы или мышцы голени, аксоны имеют много разветвлений, для того чтобы передавать импульсы на мышечные волокна, причем веточки аксонов в этом случае гораздо толще, чем у нейронов, управляющих мелкими мышцами пальцев. В задних рогах находятся нейроны, которые выполняют сенсорные функции и передают сигналы в вышележащие центры, в симметричные структуры противоположной стороны или к передним рогам спинного мозга.

Белое вещество спинного мозга состоит из миелиновых волокон, собранных в пучки. Эти волокна могут быть короткими (связывают нейроны разных сегментов или симметричные нейроны противоположных сторон спинного мозга) или длинными (восходящие -- к головному мозгу и нисходящие -- от головного мозга к спинному).

В каждой мышце есть чувствительные сенсорные нервы, по которым передается проприоцептивпая информация -- информация о положении и движении собственного тела, о напряжении мышцы, о положении сустава, от которых передается информация к чувствительным нервам. Специальные датчики -- рецепторы -- находятся либо в глубине мышцы, либо в сухожилиях -- местах прикрепления мышцы к кости. Эта информация передается либо в спинной мозг, либо в вышележащие нервные центры.

Продолговатый мозг организует рефлексы поддержания позы за счет афферентации от рецепторов преддверия улитки и полукружных каналов в верхнее вестибулярное ядро. Отсюда переработанная информация оценки необходимости изменения позы посылается к латеральному и медиальному вестибулярным ядрам. Эти ядра участвуют в определении того, какие мышечные системы, сегменты спинного мозга должны принять участие в изменении позы, поэтому от нейронов медиального и Латерального ядра по вестибулоспинальному пути сигнал поступает к передним рогам соответствующих сегментов спинного мозга, иннервирующих мышцы, участие которых в изменении позы в данный момент необходимо.

Изменение позы осуществляется за счет статических и статокинетических рефлексов. Статические рефлексы регулируют тонус скелетных мышц определенного положения тела. Статокинетические рефлексы продолговатого мозга обеспечивают перераспределение тонуса мышц туловища для организации позы, соответствующей моменту прямолинейного или вращательного движения.

В ретикулярной формации продолговатого мозга представлен жизненно важный сосудодвигательный центр (регуляция сосудистого тонуса) Он функционирует совместно с вышележащими структурами мозга, и прежде всего с гипоталамусом. Возбуждение сосудодвигательного центра всегда изменяет ритм дыхания, тонус бронхов, мышц кишечника, мочевого пузыря, цилиарной мышцы и др. Это обусловлено тем, что ретикулярная формация продолговатого мозга имеет синаптические связи с гипоталамусом и другими центрами.

В средних отделах ретикулярной формации находятся нейроны, образующие ретикулоспинальный путь, оказывающий тормозное влияние на мотонейроны с спинного мозга. На дне IV желудочка расположены нейроны «голубого-пятна». Их медиатором является норадреналин. Эти нейроны вызывают активацию ретикулоспинального пути в фазу «быстрого» сна, что приводит к торможению спинальных рефлексов и снижению мышечного тонуса.

Двигательная функция среднего мозга реализуется за счет ядра блокового нерва, ядер глазодвигательного нерва, красного ядра, черного вещества (substantia nigra).

Красные ядра располагаются в верхней части ножек мозга. Они связаны с корой большого мозга (нисходящие от коры пути), подкорковыми ядрами, мозжечком, спинным мозгом (красноядерно-спинномозговой путь). Базальные ганглии головного мозга, мозжечок имеют свои окончания в красных ядрах. Нарушение связей красных ядер с ретикулярной формацией продолговатого мозга ведет к децеребрационной ригидности. Это состояние характеризуется сильным напряжением мышц-разгибателей конечностей, шеи, спины. Основной причиной возникновения децеребрационной ригидности служит выраженное активирующее влияние латерального вестибулярного ядра на мотонейроны разгибателей. Это влияние максимально в отсутствие тормозных влияний красного ядра и вышележащих структур, а также мозжечка. При перерезке мозга ниже ядра латерального вестибулярного нерва децеребрационная ригидность исчезает.

Красные ядра, получая информацию от двигательной зоны коры большого мозга, подкорковых ядер и мозжечка о готовящемся движении и состоянии опорно-двигательного аппарата, посылают корригирующие импульсы к мотонейронам спинного мозга по руброспинальному тракту и тем самым регулируют тонус мускулатуры, подготавливая его уровень к намечающемуся произвольному движению.

Другое функционально важное ядро среднего мозга -- черное вещество -- располагается в ножках мозга, регулирует последовательность актов жевания и глотания, обеспечивает точные движения пальцев кисти руки, например при письме. Нейроны этого ядра синтезируют медиатор дофамин, который поставляется аксональным транспортом к базальным ганглиям головного мозга. Поражение черного вещества приводит к нарушению пластического тонуса мышц. Тонкая регуляция пластического тонуса при игре на скрипке, письме, выполнении графических работ обеспечивается черным веществом. В то же время при длительном удержании определенной позы происходят пластические изменения в мышцах за счет изменения их коллоидных свойств, что обеспечивает наименьшие затраты энергии. Регуляция этого процесса осуществляется клетками черного вещества.

Нейроны ядер глазодвигательного и блокового нервов регулируют движение глаза вверх, вниз, наружу, к носу и вниз к углу носа. Нейроны добавочного ядра глазодвигательного нерва (ядро Якубовича) регулируют просвет зрачка и кривизну хрусталика; непарное мелкоклеточное ядро Перлиа иннервирует цилиарную мышцу и участвует в актах аккомодации и конвергенции.

Промежуточный мозг находится над средним. Главные его образования -- два зрительных бугра и подбугровая область. К зрительным буграм сзади примыкают внутренние и наружные коленчатые тела, спереди -- полосатые тела. Образования промежуточного мозга состоят из серого вещества. Зрительный бугор (таламус) состоит из серого вещества, разделенного прослойками белого вещества на три группы ядер: переднюю, боковую и среднюю.

В зрительных буграх различают две группы ядер: специфические и неспецифические. В специфических ядрах находятся нейроны, аксоны которых доходят до определенных ограниченных участков нейронов коры больших полушарий. В нейронах коры регистрируются биопотенциалы через 1-6 мс после раздражения специфических ядер. Специфические таламические пути прямо доходят до нейронов коры, на которых они образуют синапсы. В неспецифических ядрах расположены нейроны, аксоны которых широко распространяются по коре больших полушарий и после раздражения этих ядер через 10-50 мс вызывают биопотенциалы во многих участках коры. Более продолжительный латентный период неспецифических таламических путей зависит от того, что они не прямо доходят до нейронов коры, а образуют синапсы на нейронах подкорковых ядер, из которых аксоны доходят до обширных областей коры. Следовательно, в неспецифических путях синапсов значительно больше и поэтому длительнее латентный период. Только два неспецифических ядра посылают импульсы прямо в кору. Неспецифические ядра изменяют возбудимость нейронов коры больших полушарий. При ее повышении усиливается реакция коры на раздражение специфических ядер, а при ее понижении -- тормозится. Нейроны коры тормозят неспецифические и специфические ядра.

Специфические ядра делятся на переключающие и ассоциативные. В переключающие ядра поступают импульсы из определенных восходящих путей (зрительных, слуховых, спинноталамических и др.), а ассоциативные -- из переключающих ядер, которые они связывают между собой. У человека ассоциативные ядра особенно хорошо развиты. Афферентные импульсы из рецепторов кожи и двигательного аппарата из ядер нежного и клиновидного пучков продолговатого мозга поступают в специфические переключающие ядра зрительных бугров по лемнисковым путям. В специфических переключающих ядрах заканчиваются также спинно-таламические пути, аксоны нейронов рецепторных ядер тройничного и блуждающего нервов, а также мозжечка. Афферентные волокна из передних бугров четверохолмий с частью волокон зрительного нерва заканчиваются в наружных коленчатых телах, а другая часть волокон зрительных нервов -- в подушках зрительных бугров. Афферентные волокна из задних бугров четверохолмий и волокна слуховых нервов заканчиваются во внутренних коленчатых телах.

Зрительные бугры -- центры чувствительности тела, в них заканчиваются все афферентные пути, за исключением обонятельных.

Из нейронов зрительных бугров афферентные импульсы всех чувствительных путей, кроме обонятельных, направляются в воспринимающие области больших полушарий, которые связаны с ними афферентными и эфферентными путями, а также в лимбическую систему, мозжечок, подбугровую область, ядра полосатых тел, среднего и продолговатого мозга и варолиева моста.

Эти многочисленные связи зрительного бугра с остальными отделами нервной системы обеспечивают осуществление сложных врожденных двигательных и вегетативных рефлексов, выработавшихся в процессе филогенеза.

Мозжечок, имеющий сложную структуру, играет особую роль в нервной регуляции движений, мышечного тонуса и позы.

Следует отметить, что все области коры больших полушарий, в том числе и двигательные, а также другие отделы мозга посылают информацию к мозжечку, к нему же через ассоциативные зоны коры поступают сигналы от периферических органов.

Основное значение мозжечка -- дополнение и коррекция деятельности остальных звеньев системы регуляции движений. Экспериментальные данные позволяют выделить следующие функции мозжечка в осуществлении движений: регуляцию позы и мышечного тонуса, коррекцию медленных целенаправленных движений, выполнение последовательности быстрых целенаправленных движений.

Таким образом, все эти структуры мозга исполняют функцию формирования программы целенаправленных движений.

4. Организация двигательной коры и ее функциональное значение

Важнейшей двигательной областью коры является прецентральная извилина. Ее функции были изучены путем раздражения обнаженной поверхности мозга и анализа параличей у больных инсультами. В 50-х годах XX в. американским ученым В. Пенфилдом были обнаружены интересные закономерности: во-первых, двигательная кора организована по соматотоническому принципу, т. е. каждый ее участок связан с определенной частью тела, во-вторых, области двигательной коры тех частей тела, которые осуществляют более разнообразные функции, большие по площади. Наиболее обширными, учитывая пропорции тела, являются зоны, управляющие мышцами кисти рук и мимическими мышцами. Двигательные и чувствительные зоны коры примыкают друг к другу и "чувствительный гомункулюс" почти повторяет карту двигательных зон . Предполагается, что определенные типы движений в которые вовлечены отдельные мышцы, представлены в различных участках двигательной области, причем размеры каждого участка зависят от сложности контролируемых им движений. Например, для участия в речевой функции двигательный центр мозга не только посылает команды к мышцам языка и гортани, но и хранит в памяти последовательность этих команд. Это объясняет, почему рост и развитие полей двигательной области начинаются в раннем детстве и продолжаются вплоть до зрелого возраста. Стимуляция двигательной коры вызывает лишь сокращение отдельных мышц или движение в суставах. Сложные целенаправленные двигательные акты так «запустить» невозможно. Двигательная кора является той частью общей структуры регуляции движений, где замысел движения преобразуется в его программу. Фактически двигательная кора -- первый компонент структуры регуляции движений, с которого начинается выполнение движения.

Нейроны коры, непосредственно связанные с мотонейронами спинного мозга, называются клетками Беца (по имени впервые описавшего их русского анатома XIX в.). Они лежат в глубине двигательной коры и относятся к самым крупным пирамидным нейронам головного мозга. Их аксоны сходятся в толстый пучок нервных волокон, называемый пирамидным трактом. Дойдя до спинного мозга, аксоны клеток Беца перекрещиваются: пучок, идущий от правого полушария, переходит на левую сторону и наоборот. Вот почему регуляция движений левой половины тела контролируется правым (контрлатеральным -- противоположным) полушарием, а правой стороны -- левым.

Двигательная область коры большого мозга является областью, воспринимающей, анализирующей и синтезирующей раздражения, идущие от скелетно-мышечной системы человека, и участвующей в межанализаторной интеграции. Относительно раннее формирование двигательной коры в онтогенезе, очевидно, определяется ее функциональной значимостью в обеспечении адекватного поведения детей. Двигательная зона коры обеспечивает осуществление произвольных движений, интегрируя деятельность различных анализаторов всей коры мозга и деятельность всего мозга, благодаря чему осуществляется срочная перестройка путей и форм контактов организма с окружающей средой.

5. Зависимость точности и скорости произвольных движений от уровня развития в онтогенезе скелетно-мышечной системы, зрительно-двигательной функциональной системы, фронтальных областей коры больших полушарий мозга; формирование системы ассоциативных путей и других механизмов управления скелетной мускулатурой

Быстрота движения характеризуется как скоростью однократного движения, так и частотой повторяющихся движений. Скорость однократных движений увеличивается особенно интенсивно в младшем школьном возрасте, приближаясь в 13--14 лет к уровню взрослого. К 16--17 годам темп увеличения этого показателя несколько снижается. К 20--30 годам скорость однократного движения достигает наибольшей величины.

Увеличение скорости однократного движения с возрастом связано с увеличением скорости проведения сигнала в нервной системе и скорости протекания процесса передачи возбуждения в нервно-мышечном синапсе.

С возрастом увеличивается максимальная частота повторяющихся движений. Наиболее интенсивный рост этого показателя происходит в младшем школьном возрасте. В период от 7 к 9 годам средний ежегодный прирост составляет 0,3--0,6 движений в секунду. В 10--11 лет темп прироста снижается до 0,1--0,2 движений в секунду и вновь увеличивается (до 0,3--0,4 движений в секунду) в 12--13 лет. Частота движений в единицу времени у мальчиков достигает высоких показателей в 15 лет, после чего ежегодный прирост снижается. У девочек максимальных значений этот показатель достигает в 14 лет и далее не изменяется.

Увеличение с возрастом максимальной частоты движений объясняется нарастающей подвижностью нервных процессов, обеспечивающей более быстрый переход мышц-антагонистов из состояния возбуждения в состояние торможения и обратно.

Точность воспроизведения движений также существенно изменяется с возрастом. Дошкольники 4--5 лет не могут совершать тонкие точные движения, воспроизводящие заданную программу, как в пространстве, так и во времени. В младшем школьном возрасте возможность точного воспроизведения движений по заданной программе существенно возрастает. С 9--10 лет организация точных движений происходит по типу взрослого. В совершенствовании этого двигательного качества существенную роль играет формирование центральных механизмов организации произвольных движений, связанных с деятельностью высших отделов ЦНС. В процессе развития ребенка изменяется также способность воспроизводить заданную величину мышечного напряжения. Точность воспроизведения мышечного напряжения невелика у детей дошкольного и младшего школьного возраста. Она повышается лишь к 11--16 годам.

Развитие зрительно-моторной координации и тонких дифференцированных движений рук происходит постепенно, с переходом от одного этапа психического развития к другому. Если ребенок развивается нормально, то в возрасте одного - трех месяцев он фиксирует взгляд на предмете, поворачивает голову к яркому предмету, удерживает вложенную в руку погремушку. В возрасте четырех-восми месяцев он следит глазами за движением своей руки, рассматривает игрушки и людей, произвольно переключает взгляд с одного предмета на другой, активно тянется к предметам и захватывает их. Он может брать двумя руками, перекладывать предмет из руки в руку. В девять - восемнадцать месяцев ребенок узнает предмет на расстоянии. В захватывании предмета участвует большой палец и конечные фаланги других.

В игре ребенок исследует предметы путем повторных проб с опорожнением и наполнением, пьет из чашки, начинает пользоваться ложкой. В восемнадцать - тридцать шесть месяцев у ребенка продолжается развиваться зрительное восприятие глубины, зрительное внимание к форме. Ребенок продолжает брать двумя руками, но с выделением преобладающей руки. Преобладающая рука часто меняется. Развитие зрительно-моторной координации имеет свои возрастные особенности. Для ребенка трех - шести месяцев характерны следующие навыки поведения: малыш направляет руки ко рту, следит за движением рук, под контролем зрения направляет руку к предмету и захватывает ею. В шесть-двенадцать месяцев у ребенка развивается "единое" поле зрения и действия. Глаз направляет движение руки. Ребенок перекладывает предмет из одной руки в другую, может положить ложку в чашку, кубики в коробку. В один - два года ребенок чертит штрихи и "каракули", держит чашку, поднимает ее и пьет. Помещает квадрат в квадратную прорезь, овал - в овальную. Повторяет изображение нескольких горизонтальных, вертикальных и округлых линий. В два-три года может крутить пальцем диск телефона, рисует черточки, режет ножницами. Рисует по образцу крест.

В три - четыре года ребенок обводит по конурам, копирует крест, воспроизводит формы. Хватает катящийся к нему мяч. В четыре-пять лет ребенок уже закрашивает простые формы. Копирует заглавные печатные буквы. Рисует простой дом (квадрат и диагонали). Рисует человека от двух до трех частей его тела. Копирует квадрат. Дополняет три части в незавершенную картинку. В пять-шесть лет ребенок может аккуратно раскрасить картинки, пишет буквы и числа. Дополняет недостающие детали к карте. Бьет молотком по гвоздю, воспроизводит геометрические фигуры по образцу. Развитие тонкой моторики рук также может иметь свои возрастные особенности. Для детей одного - двух лет характерны следующие навыки поведения: ребенок может держать два предмета в одной руке, чертить карандашом, переворачивает страницы книги. В два - три года ребенок открывает ящик и опрокидывает его содержимое, играет с песком и глиной, открывает крышки, использует ножницы, красит пальцем, нанизывает бусы. В три - четыре года может держать карандаш пальцем, копировать формы несколькими цветами, собирает и строит постройки из девяти кубиков. В четыре - пять лет рисует карандашами или цветными мелками, строит постройки более чем из девяти кубиков, складывает бумагу более чем один раз, определяет предметы в мешке на ощупь, лепит из пластилина (от 2 до 3 частей), шнурует ботики.

6. Основные этапы формирование двигательной функции в онтогенезе

У новорожденного ребенка наблюдаются беспорядочные движения конечностей, туловища и головы. Координированные ритмические сгибания, разгибания, приведение и отведение сменяются аритмичными, некоординированными изолированными движениями.

Двигательная деятельность детей формируется по механизму временных связей. Важную роль в формировании этих связей играет взаимодействие двигательного анализатора с другими анализаторами (зрительным, тактильным, вестибулярным).

Нарастание тонуса затылочных мышц позволяет ребенку 1,5--2 месяцев, положенному на живот, поднимать голову. В 2,5--3 месяца развиваются движения рук в направлении к видимому предмету. В 4 месяца ребенок поворачивается со спины на бок, а в 5 месяцев переворачивается на живот и с живота на спину. В возрасте от 3 до 6 месяцев ребенок готовится к ползанию: лежа на животе, все выше поднимает голову и верхнюю часть туловища; к 8 месяцам он способен проползать довольно большие расстояния.

В возрасте от 6 до 8 месяцев благодаря развитию мышц туловища и таза ребенок начинает садиться, вставать, стоять и опускаться, придерживаясь руками за опору. К концу первого года ребенок свободно стоит и, как правило, начинает ходить. Но в этот период шаги ребенка короткие, неравномерные, положение тела неустойчивое. Стараясь сохранить равновесие, ребенок балансирует руками, широко ставит ноги. Постепенно длина шага увеличивается, к 4 годам она достигает 40 см, но шаги все еще неравномерные. От 8 до 15 лет длина шага продолжает увеличиваться, а темп ходьбы снижаться. В возрасте 4--5 лет в связи с развитием мышечных групп и совершенствованием координации движений детям доступны более сложные двигательные акты: бег, прыганье, катание на коньках, плавание, гимнастические упражнения. В этом возрасте дети могут рисовать, играть на музыкальных инструментах. Однако дошкольники и младшие школьники в связи с несовершенством механизмов регуляции трудно усваивают навыки, связанные с точностью движения рук, воспроизведением заданных усилий.

К 12--14 годам происходит повышение меткости бросков, метаний в цель, точности прыжков. Однако некоторые наблюдения показывают ухудшение координации движений у подростков, что связывается с морфофункциональными преобразованиями в период полового созревания. С половым созреванием связано и снижение выносливости в скоростном беге у 14--15-летних подростков, хотя скорость бега к этому возрасту существенно возрастает.

По мере роста ребенка развивается и такое движение, как прыжок. Дети раннего возраста при подпрыгивании не отрывают ног от почвы, и их движения сводятся к приседаниям и выпрямлениям тела. С 3 лет ребенок начинает подпрыгивать на месте, слегка отрывая ноги от почвы. Лишь начиная с 6--7 лет наблюдается координация нижних конечностей при прыжке.

Наряду с совершенствованием координации движений при осуществлении прыжка растет его дальность.

Дальность прыжка в длину с места возрастает у мальчиков до 13 лет, у девочек -- до 12--13 лет. После 13 лет разница в прыжках в длину в зависимости от пола становится ярко выраженной, а при прыжках в высоту эта разница проявляется уже с 11 лет.

Без обучения и тренировки сами по себе никогда не возникнут, не образуются такие навыки и умения, как ходьба, бег, прыжки, метание, плавание, танцевальные движения, вертикальные рабочие позы, не говоря уже о высоком искусстве управления движениями, которое имеет место в результате занятий такими видами спорта, как художественная гимнастика, фигурное катание, прыжки с трамплина, водное поло, баскетбол и др.

7. Роль зрительного и вестибулярного анализаторов в управлении движениями

Нервные импульсы от рецепторов вестибулярного аппарата передаются к скелетной мускулатуре по проводящим путям спинного мозга. Импульсы от ядер вестибулярных нервов обеспечивают управление позой, ориентацию тела в пространстве и равновесие. Вестибулярные импульсы оказывают преимущественно тормозное влияние на мотонейроны. На вставочных нейронах спинного мозга происходит взаимодействие вестибулярных сигналов двигательными импульсами, регулирующими положение тела конечностей.

Вестибулярные нервные центры находятся под прямым влиянием ядер мозжечка. В вестибулярном ядре Дейтерса и шатровом ядре мозжечка имеются однозначные соматотонические зоны. Так, область регуляции тонуса мышц нижних конечностей имеется и в мозжечке, и в вестибулярных ядрах. Мозжечок регулирует мышечный тонус через соответствующие зоны вестибулярных центров.

Моторная зона коры регулирует мышечный тонус в соответствии с частотой и силой восходящей импульсации от вестибулярного и двигательного аппаратов. Иначе говоря, вестибулярный контроль мышечного тонуса -- лишь часть системы управления тонусом, включающей кору полушарий большого мозга: мозжечок, красное ядро и, наконец, сами вестибулярные ядра.

Системный характер регуляторных влияний является необходимым условием формирования двигательных поведенческих реакций. Сигналы от лабиринтных рецепторов дифференцируют направление движения, повороты, наклоны, положение центра тяжести. Этот процесс корректировочных воздействий становится возможным благодаря тому, что сами анатомические структуры вестибулярного аппарата строго ориентированы по отношению к общему центр тяжести.

Раздражение вестибулярных ядер приводит к глазному нистагму. Возбуждение от вестибулярных ядер передается на ядра отводящего нерва через волокна ретикулярной формации. Специфических путей, связывающих вестибулярные ядра с глазодвигательными нейронами, не существует. Следовательно, нистагм может рассматриваться как результат иррадиации возбуждения по неспецифическим путям ретикулярной формации стволовой части мозга.

При определении пространственных параметров движения проприоцептивные ощущения корректируются зрительной оценкой расстояния или взаимного расположения частей тела. Например, точность броска зависит от чувственного кинестетического опыта, приобретаемого в процессе неоднократного выполнения этого упражнения, и от способности зрительно определять расстояние и траекторию полета мяча.

Пространственная оценка взаимного расположения предметов (глубинное зрение) связана с бинокулярным зрением. Оно характеризуется положением зрительных осей, позволяющих определить величину смещения изображения разноудаленых предметов на сетчатках правого и левого глаза.

В анализе отдельных характеристик движения частоты, продолжительности его фаз важное значение принадлежит слуховому анализатору. Оценка длительности отдельных фаз движения основана на различении микроинтервалов времени между звуковыми сигналами, которые поступают к рецепторам слухового анализатора. Это различение осуществляется звуковоспринимающим аппаратом обычным путем, а также вследствие костной проводимости (например, длительность опорной фазы при беге становится доступной анализу вследствие передачи сотрясений тела костям черепа и через них -- улитке, минуя наружное и среднее ухо).

С функцией слухового анализатора связана возможность оценки продолжительности и частоты отдельных движений. Это важно в тех видах спорта, успех в которых зависит от совместных, одновременных действий спортсменов (например, в гребле).

При определении пространственных параметров движения проприоцептивные ощущения корректируются зрительной оценкой расстояния или взаимного расположения частей тела. Точность броска зависит от чувственного кинестетического опыта, приобретаемого в процессе неоднократного выполнения этого упражнения, и от способности зрительно определять расстояние и траекторию полета мяча.

Пространственная оценка взаимного расположения предметов (глубинное зрение) связана с бинокулярным зрением. Он характеризуется положением зрительных осей, позволяющих определить величину смещения изображения разноудален предметов на сетчатках правого и левого глаза.

Движущиеся предметы, не спроецированные на центральную ямку глазного яблока, воспринимаются периферическими элементами сетчатки. Зрительная оценка неподвижного предмета производится путем установки головы и глаз в такое положение, при котором предмет проецируется в центральной ямке.

Эффективность выполнения многих физических упражнений зависит от остроты зрения. Мышечная деятельность, связанная с напряженной работой зрительного анализатора (спортивные игры), сопровождается увеличением поля зрения, что является результатом возбуждения периферических элементов сетчатки, возникающего при постоянном перемещении глазных яблок.

8. Степень развития координации сопряженности движений как информативный показатель в диагностике его готовности к обучению в школе

Развитие координации движений (восприятие направления и скорости движения, времени и пространства); способности запоминать последовательность движений и двигательных операций (память: запоминание и воспроизведение); внимания к своим движениям и действиям других; умения выполнять движения по словесной инструкции (воображение); инициативности в движениях; анализа движения по качеству его выполнения (мышление); развитие речевых умений и навыков, эти критерии являются показателями готовности дошкольника к обучению в школе. Например: если ребенок уверенно владеет ножницами и карандашом значит, что у него хорошо развиты мелкие мышцы рук. Правильно определять выше-ниже, больше-меньше, вперед-назад, слева-справа, координация в системе глаз-рука, т.е. ребенок, умеет правильно перенести в тетрадь простейший графический образ-узор, зрительно воспринимаемый на расстоянии. Все вышеперечисленные критерии являются показателями в диагностике готовности ребенка к обучению в школе.

Список использованных источников

1. Безруких, М.М. Возрастная физиология / М.М. Безруких, В.Д. Сонькин, Д.А. Фарбер. - М.: Академия, 2003. - 416 с.

2. Большая медицинская энциклопедия / под ред. Б.В. Петровского. - 3-е изд. - М.: Советская энциклопедия, 1974 - 1988. - Режим доступа: http: // dic.academic.ru. - 19.04.2014.

3. Любомирский, Л.Е. Возрастные особенности движений у детей и подростков / Л.Е. Любомирский. - М.: Педагогика, 1979. - 96 с.

4. Лысова, Н.Ф. Возрастная анатомия, физиология и школьная гигиена / Н.Ф. Лысова, Р.И. Айзман, Я.Л. Завьялова, В.М. Ширшова. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2010. - 398 с.

5. Покровский, В.М. Физиология человека / В.М. Покровский, Г.Ф. Коротько. - М.: Медицина, 2003. - 656 с.

6. Сапин, М.Р. Анатомия и физиология детей и подростков / М.Р. Сапин, З.Г. Брыксин - М.: Академия, 2005. - 432 с.

7. Сеченов, И.М. Элементы мысли / И.М. Сеченов - СПб.: Питер, 2001. - 416 с.

8. Хрипкова, А.Г. Возрастная физиология и школьная гигиена / А.Г. Хрипкова, М.В. Антропова, Д.А. Фарбер. - М.: Просвещение, 1990. - 319 с.

Размещено на Allbest.ru