Виявлення структури управління багатосуглобовою координацією в метанні дротиків: ефект обмеження відстані
Ключові слова:
управління рух, ступінь свободи, надмірність руху, неконтрольований колектор, вмінняАнотація
Передумови: В цьому дослідженні використовувався підхід неконтрольованого колектора (UCM) для вивчення спільної координації, що лежить в основі контролю змінних, пов'язаних із завданням, важливих для успіху в навичках метання дротиків. Успіх у вирішенні завдання може бути досягнуто в принципі, завжди приймаючи певну комбінацію сполук. Навпаки, ми застосовуємо більш виборчу стратегію управління: зміни конфігурації з'єднання, які залишають значення основних змінних завдання без змін, за прогнозами, будуть менш контрольованими (Стабілізовані в меншій мірі), ніж зміни конфігурації з'єднання, які зрушують значення змінних завдань. Цілі: Як цей достаток рухових рішень керується нервовою системою, і як розкидання на різних відстанях впливає на рішення для координації суглобів, було досліджено в цьому дослідженні. Методи. Наша експериментальна задача полягала в метанні дротиків в мішені при трьох умовах (стандартна, коротка і довга дистанція), які виконували п'ятнадцять професійних і напівпрофесійних спортсменів. Чотири суглобових кута руки були отримані з зареєстрованих положень маркерів на сегментах кінцівок. Мінливість конфігурацій суглобів була розкладена на компоненти, що лежать паралельно цим наборам, і компоненти, що лежать в їх доповненні, щодо контролю траєкторії центру мас руки і просторового положення руки. Результати: при виконанні завдання у всіх трьох різних умовах коливання конфігурації суглобів, які впливали на змінні центру мас і просторового положення руки, були значно знижені в порівнянні з коливаннями, які не впливали на ці змінні. Принцип UCM, який застосовується до центру мас і просторовому положенню руки, таким чином, відображає структуру системи управління рухом в різних частинах простору конфігурації суглобів у міру розвитку руху в часі. Крім того, обмеження, що представляють центр мас інваріантного плеча або мінливість конфігурації структурованого суглоба в просторовому положенні на початку і в середині траєкторії руху, але не під час кидка. Ця конкретна стратегія контролю вказує, що мета може бути успішно досягнута також шляхом контролю нерелевантних напрямків в суглобовому просторі в рівній мірі з відповідними. Висновок: Результати пропонують конкретну стратегію контролю, в якій зміни конфігурації суглобів, які не мають відношення до успіху при виконанні завдання, вибірково звільняються від контролю. В результаті цей метод може бути успішно використаний для визначення структури координації в об'єднаному просторі, яка лежить в основі управління основними змінними для даної задачі.Посилання
1. Bernshtein NA. The Co-Ordination and Regulation of Movements. Oxford: Pergamon Press; 1967.
2. Steenbergen B, Marteniuk RG, Kalbfleisch LE. Achieving Coordination in Prehension: Joint Freezing and Postural Contributions. J Mot Behav. 1995;27(4):333- 48.
https://doi.org/10.1080/00222895.1995.9941722
3. Gelfand IM, Latash ML. On the problem of adequate language in motor control. Motor Control. 1998;2(4):306- 13.
https://doi.org/10.1123/mcj.2.4.306
4. Scholz JP, Schoner G. The uncontrolled manifold concept: identifying control variables for a functional task. Exp Brain Res. 1999;126(3):289- 306.
https://doi.org/10.1007/s002210050738
5. Scholz JP, Schoner G, Latash ML. Identifying the control structure of multijoint coordination during pistol shooting. Exp Brain Res. 2000;135(3):382- 404.
https://doi.org/10.1007/s002210000540
6. Tseng Y, Scholz JP, Schoner G. Goal-equivalent joint coordination in pointing: affect of vision and arm dominance. Motor Control. 2002;6(2):183- 207.
https://doi.org/10.1123/mcj.6.2.183
7. Freitas SM, Scholz JP, Latash ML. Analyses of joint variance related to voluntary whole-body movements performed in standing. J Neurosci Methods. 2010;188(1):89- 96.
https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2010.01.023
8. Latash ML. The bliss (not the problem) of motor abundance (not redundancy). Exp Brain Res. 2012;217(1):1- 5.
https://doi.org/10.1007/s00221-012-3000-4
9. Togo S, Kagawa T, Uno Y. Uncontrolled Manifold Reference Feedback Control of Multi-Joint Robot Arms. Front Comput Neurosci. 2016;10: 69.
https://doi.org/10.3389/fncom.2016.00069
10. Zhou T, Solnik S, Wu YH, Latash ML. Unintentional movements produced by back-coupling between the actual and referent body configurations: violations of equifinality in multi-joint positional tasks. Exp Brain Res. 2014;232(12):3847- 59.
https://doi.org/10.1007/s00221-014-4059-x
11. Gera G, Freitas S, Latash M, Monahan K, Schoner G, Scholz J. Motor abundance contributes to resolving multiple kinematic task constraints. Motor Control. 2010;14(1):83- 115.
https://doi.org/10.1123/mcj.14.1.83
12. Cruse H, Bruwer M, Dean J. Control of Three- and Four-Joint Arm Movement: Strategies for a Manipulator With Redundant Degrees of Freedom. J Mot Behav. 1993;25(3):131- 9.
https://doi.org/10.1080/00222895.1993.9942044
13. Schwartz AB, Moran DW. Arm trajectory and representation of movement processing in motor cortical activity. Eur J Neurosci. 2000;12(6):1851- 6.
https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.2000.00097.x
14. d'Avella A, Fernandez L, Portone A, Lacquaniti F. Modulation of phasic and tonic muscle synergies with reaching direction and speed. J Neurophysiol. 2008;100(3):1433- 54.
https://doi.org/10.1152/jn.01377.2007
15. Desmurget M, Grea H, Prablanc C. Final posture of the upper limb depends on the initial position of the hand during prehension movements. Exp Brain Res. 1998;119(4):511- 6.
https://doi.org/10.1007/s002210050367
16. Schöner G. Recent developments and problems in human movement science and their conceptual implications. Ecol Psychol. 1995;7:291– 314.
https://doi.org/10.1207/s15326969eco0704_5
17. Reisman DS, Scholz JP, Schoner G. Coordination underlying the control of whole body momentum during sit-to-stand. Gait Posture. 2002;15(1):45- 55.
https://doi.org/10.1016/S0966-6362(01)00158-8
18. Domkin D, Laczko J, Djupsjobacka M, Jaric S, Latash ML. Joint angle variability in 3D bimanual pointing: uncontrolled manifold analysis. Exp Brain Res. 2005;163(1):44- 57.
https://doi.org/10.1007/s00221-004-2137-1
19. Martin V, Scholz JP, Schoner G. Redundancy, self-motion, and motor control. Neural Comput. 2009;21(5):1371- 414.
https://doi.org/10.1162/neco.2008.01-08-698
20. Alessandro C, Carbajal JP, d'Avella A. A computational analysis of motor synergies by dynamic response decomposition. Front Comput Neurosci. 2013;7: 191.
https://doi.org/10.3389/fncom.2013.00191
21. Scholz JP, Schoner G. Use of the uncontrolled manifold (UCM) approach to understand motor variability, motor equivalence, and self-motion. Adv Exp Med Biol. 2014;826:91- 100.
https://doi.org/10.1007/978-1-4939-1338-1_7
22. Yen JT, Auyang AG, Chang YH. Joint-level kinetic redundancy is exploited to control limb-level forces during human hopping. Exp Brain Res. 2009;196(3):439- 51.
https://doi.org/10.1007/s00221-009-1868-4
23. Scholz JP, Dwight-Higgin T, Lynch JE, Tseng YW, Martin V, Schoner G. Motor equivalence and self-motion induced by different movement speeds. Exp Brain Res. 2011;209(3):319- 32.
https://doi.org/10.1007/s00221-011-2541-2
24. Dimitriou M, Franklin DW, Wolpert DM. Task-dependent coordination of rapid bimanual motor re-sponses. J Neurophysiol. 2012;107(3):890- 901.
https://doi.org/10.1152/jn.00787.2011
25. Newell KM, Vaillancourt DE. Dimensional change in motor learning. Hum Mov Sci. 2001;20(4-5):695- 715.
https://doi.org/10.1016/S0167-9457(01)00073-2
26. Robins MT, Wheat J, Irwin G, Bartlett R. The effect of shooting distance on movement variability in basketball. Hum Mov Stud, 2006;50:217-238.
27. Miller SA. Variability in basketball shooting: practical implications. In: Hong Y, editor. International Research in Sports Biomechanics, London: Routledge; 2008. P.27–34.
28. Glazier PS, Davids K. On analysing and interpreting variability in motor output. J Sci Med Sport. 2009;12(4):e2-3.
https://doi.org/10.1016/j.jsams.2009.03.010
29. Higuchi T, Imanaka K, Hatayama T. Freezing degrees of freedom under stress: kinematic evidence of constrained movement strategies. Hum Mov Sci. 2002;21(5-6):831- 46.
https://doi.org/10.1016/S0167-9457(02)00174-4
30. Clark JE. On becoming skillful: patterns and constraints. Res Q Exerc Sport. 1995;66(3):173- 83.
https://doi.org/10.1080/02701367.1995.10608831
31. Smeets JB, Frens MA, Brenner E. Throwing darts: timing is not the limiting factor. Exp Brain Res. 2002;144(2):268- 74.
https://doi.org/10.1007/s00221-002-1072-2
32. Yamaguchi H, Kondo T. Throwing darts training support system based on analysis of human motor skill. In: Lee S, Cho H, Yoon K, Lee J, editors. The Intelligent Autonomous Systems 12. Springer: 2013. P.469– 478.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-33932-5_43
33. Soderkvist I, Wedin PA. Determining the movements of the skeleton using well-configured markers. J Biomech. 1993;26(12):1473- 7.
https://doi.org/10.1016/0021-9290(93)90098-Y
34. Suzuki M, Yamazaki Y, Mizuno N, Matsunami K. Trajectory formation of the center-of-mass of the arm during reaching movements. Neuroscience. 1997;76(2):597- 610.
https://doi.org/10.1016/S0306-4522(96)00364-8
35. Scholz JP, Reisman D, Schoner G. Effects of varying task constraints on solutions to joint coordination in a sit-to-stand task. Exp Brain Res. 2001;141(4):485- 500.
https://doi.org/10.1007/s002210100878
36. Soechting JF, Flanders M. Errors in pointing are due to approximations in sensorimotor transformations. J Neurophysiol. 1989;62(2):595- 608.
https://doi.org/10.1152/jn.1989.62.2.595
37. Nakagawa J, An Q, Ishikawa Y, Oka H, Takakusaki K, Yamakawa H, et al. Analysis of Human Motor Skill in Dart Throwing Motion at Different Distance. JCMSI. 2015;8(1):79– 85.
https://doi.org/10.9746/jcmsi.8.79
38. d'Avella A, Lacquaniti F. Control of reaching movements by muscle synergy combinations. Front Comput Neurosci. 2013;7: 42.
https://doi.org/10.3389/fncom.2013.00042
2. Steenbergen B, Marteniuk RG, Kalbfleisch LE. Achieving Coordination in Prehension: Joint Freezing and Postural Contributions. J Mot Behav. 1995;27(4):333- 48.
https://doi.org/10.1080/00222895.1995.9941722
3. Gelfand IM, Latash ML. On the problem of adequate language in motor control. Motor Control. 1998;2(4):306- 13.
https://doi.org/10.1123/mcj.2.4.306
4. Scholz JP, Schoner G. The uncontrolled manifold concept: identifying control variables for a functional task. Exp Brain Res. 1999;126(3):289- 306.
https://doi.org/10.1007/s002210050738
5. Scholz JP, Schoner G, Latash ML. Identifying the control structure of multijoint coordination during pistol shooting. Exp Brain Res. 2000;135(3):382- 404.
https://doi.org/10.1007/s002210000540
6. Tseng Y, Scholz JP, Schoner G. Goal-equivalent joint coordination in pointing: affect of vision and arm dominance. Motor Control. 2002;6(2):183- 207.
https://doi.org/10.1123/mcj.6.2.183
7. Freitas SM, Scholz JP, Latash ML. Analyses of joint variance related to voluntary whole-body movements performed in standing. J Neurosci Methods. 2010;188(1):89- 96.
https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2010.01.023
8. Latash ML. The bliss (not the problem) of motor abundance (not redundancy). Exp Brain Res. 2012;217(1):1- 5.
https://doi.org/10.1007/s00221-012-3000-4
9. Togo S, Kagawa T, Uno Y. Uncontrolled Manifold Reference Feedback Control of Multi-Joint Robot Arms. Front Comput Neurosci. 2016;10: 69.
https://doi.org/10.3389/fncom.2016.00069
10. Zhou T, Solnik S, Wu YH, Latash ML. Unintentional movements produced by back-coupling between the actual and referent body configurations: violations of equifinality in multi-joint positional tasks. Exp Brain Res. 2014;232(12):3847- 59.
https://doi.org/10.1007/s00221-014-4059-x
11. Gera G, Freitas S, Latash M, Monahan K, Schoner G, Scholz J. Motor abundance contributes to resolving multiple kinematic task constraints. Motor Control. 2010;14(1):83- 115.
https://doi.org/10.1123/mcj.14.1.83
12. Cruse H, Bruwer M, Dean J. Control of Three- and Four-Joint Arm Movement: Strategies for a Manipulator With Redundant Degrees of Freedom. J Mot Behav. 1993;25(3):131- 9.
https://doi.org/10.1080/00222895.1993.9942044
13. Schwartz AB, Moran DW. Arm trajectory and representation of movement processing in motor cortical activity. Eur J Neurosci. 2000;12(6):1851- 6.
https://doi.org/10.1046/j.1460-9568.2000.00097.x
14. d'Avella A, Fernandez L, Portone A, Lacquaniti F. Modulation of phasic and tonic muscle synergies with reaching direction and speed. J Neurophysiol. 2008;100(3):1433- 54.
https://doi.org/10.1152/jn.01377.2007
15. Desmurget M, Grea H, Prablanc C. Final posture of the upper limb depends on the initial position of the hand during prehension movements. Exp Brain Res. 1998;119(4):511- 6.
https://doi.org/10.1007/s002210050367
16. Schöner G. Recent developments and problems in human movement science and their conceptual implications. Ecol Psychol. 1995;7:291– 314.
https://doi.org/10.1207/s15326969eco0704_5
17. Reisman DS, Scholz JP, Schoner G. Coordination underlying the control of whole body momentum during sit-to-stand. Gait Posture. 2002;15(1):45- 55.
https://doi.org/10.1016/S0966-6362(01)00158-8
18. Domkin D, Laczko J, Djupsjobacka M, Jaric S, Latash ML. Joint angle variability in 3D bimanual pointing: uncontrolled manifold analysis. Exp Brain Res. 2005;163(1):44- 57.
https://doi.org/10.1007/s00221-004-2137-1
19. Martin V, Scholz JP, Schoner G. Redundancy, self-motion, and motor control. Neural Comput. 2009;21(5):1371- 414.
https://doi.org/10.1162/neco.2008.01-08-698
20. Alessandro C, Carbajal JP, d'Avella A. A computational analysis of motor synergies by dynamic response decomposition. Front Comput Neurosci. 2013;7: 191.
https://doi.org/10.3389/fncom.2013.00191
21. Scholz JP, Schoner G. Use of the uncontrolled manifold (UCM) approach to understand motor variability, motor equivalence, and self-motion. Adv Exp Med Biol. 2014;826:91- 100.
https://doi.org/10.1007/978-1-4939-1338-1_7
22. Yen JT, Auyang AG, Chang YH. Joint-level kinetic redundancy is exploited to control limb-level forces during human hopping. Exp Brain Res. 2009;196(3):439- 51.
https://doi.org/10.1007/s00221-009-1868-4
23. Scholz JP, Dwight-Higgin T, Lynch JE, Tseng YW, Martin V, Schoner G. Motor equivalence and self-motion induced by different movement speeds. Exp Brain Res. 2011;209(3):319- 32.
https://doi.org/10.1007/s00221-011-2541-2
24. Dimitriou M, Franklin DW, Wolpert DM. Task-dependent coordination of rapid bimanual motor re-sponses. J Neurophysiol. 2012;107(3):890- 901.
https://doi.org/10.1152/jn.00787.2011
25. Newell KM, Vaillancourt DE. Dimensional change in motor learning. Hum Mov Sci. 2001;20(4-5):695- 715.
https://doi.org/10.1016/S0167-9457(01)00073-2
26. Robins MT, Wheat J, Irwin G, Bartlett R. The effect of shooting distance on movement variability in basketball. Hum Mov Stud, 2006;50:217-238.
27. Miller SA. Variability in basketball shooting: practical implications. In: Hong Y, editor. International Research in Sports Biomechanics, London: Routledge; 2008. P.27–34.
28. Glazier PS, Davids K. On analysing and interpreting variability in motor output. J Sci Med Sport. 2009;12(4):e2-3.
https://doi.org/10.1016/j.jsams.2009.03.010
29. Higuchi T, Imanaka K, Hatayama T. Freezing degrees of freedom under stress: kinematic evidence of constrained movement strategies. Hum Mov Sci. 2002;21(5-6):831- 46.
https://doi.org/10.1016/S0167-9457(02)00174-4
30. Clark JE. On becoming skillful: patterns and constraints. Res Q Exerc Sport. 1995;66(3):173- 83.
https://doi.org/10.1080/02701367.1995.10608831
31. Smeets JB, Frens MA, Brenner E. Throwing darts: timing is not the limiting factor. Exp Brain Res. 2002;144(2):268- 74.
https://doi.org/10.1007/s00221-002-1072-2
32. Yamaguchi H, Kondo T. Throwing darts training support system based on analysis of human motor skill. In: Lee S, Cho H, Yoon K, Lee J, editors. The Intelligent Autonomous Systems 12. Springer: 2013. P.469– 478.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-33932-5_43
33. Soderkvist I, Wedin PA. Determining the movements of the skeleton using well-configured markers. J Biomech. 1993;26(12):1473- 7.
https://doi.org/10.1016/0021-9290(93)90098-Y
34. Suzuki M, Yamazaki Y, Mizuno N, Matsunami K. Trajectory formation of the center-of-mass of the arm during reaching movements. Neuroscience. 1997;76(2):597- 610.
https://doi.org/10.1016/S0306-4522(96)00364-8
35. Scholz JP, Reisman D, Schoner G. Effects of varying task constraints on solutions to joint coordination in a sit-to-stand task. Exp Brain Res. 2001;141(4):485- 500.
https://doi.org/10.1007/s002210100878
36. Soechting JF, Flanders M. Errors in pointing are due to approximations in sensorimotor transformations. J Neurophysiol. 1989;62(2):595- 608.
https://doi.org/10.1152/jn.1989.62.2.595
37. Nakagawa J, An Q, Ishikawa Y, Oka H, Takakusaki K, Yamakawa H, et al. Analysis of Human Motor Skill in Dart Throwing Motion at Different Distance. JCMSI. 2015;8(1):79– 85.
https://doi.org/10.9746/jcmsi.8.79
38. d'Avella A, Lacquaniti F. Control of reaching movements by muscle synergy combinations. Front Comput Neurosci. 2013;7: 42.
https://doi.org/10.3389/fncom.2013.00042
##submission.downloads##
Опубліковано
2019-09-30
Як цитувати
1.
HosseiniZarch S, Arsham S, Tabatabaei Ghomshe S, Honarvar M. Виявлення структури управління багатосуглобовою координацією в метанні дротиків: ефект обмеження відстані. Pedagogics, psychology, medical-biological problems of physical training and sports. 30, Вересень 2019;23(6):267-81.
Номер
Ліцензія
Copyright Holder - Author(s).
Authors who publish with this journal agree to the following terms: more
Statistics
Abstract views: 1565 / PDF downloads: 1136
