Nauka motoryczna - Motor learning

Uczenie się motoryczne odnosi się szeroko do zmian w ruchach organizmu, które odzwierciedlają zmiany w strukturze i funkcji układu nerwowego. Uczenie się motoryczne odbywa się w różnych skalach czasowych i stopniach złożoności: ludzie uczą się chodzić lub mówić z biegiem lat, ale nadal przystosowują się do zmian wzrostu, wagi, siły itp. w ciągu swojego życia. Nauka motoryki umożliwia zwierzętom zdobywanie nowych umiejętności oraz poprawia płynność i dokładność ruchów, w niektórych przypadkach poprzez kalibrację prostych ruchów, takich jak odruchy . Badania nad uczeniem się motorycznym często uwzględniają zmienne, które przyczyniają się do tworzenia programu motorycznego (tj. leżące u podstaw wykwalifikowanego zachowania motorycznego), wrażliwość procesów wykrywania błędów i siłę schematów ruchowych (patrz program motoryczny ). Uczenie się motoryczne jest „stosunkowo trwałe”, ponieważ zdolność do odpowiedniego reagowania jest nabywana i utrzymywana. Tymczasowe zwiększenie wydajności podczas ćwiczeń lub w odpowiedzi na pewne zaburzenia są często nazywane adaptacją motoryczną , przejściową formą uczenia się. Badania neuronaukowe nad uczeniem się motorycznym dotyczą tego, które części mózgu i rdzenia kręgowego reprezentują ruchy i programy motoryczne oraz w jaki sposób układ nerwowy przetwarza informacje zwrotne, aby zmienić łączność i siły synaptyczne. Na poziomie behawioralnym badania skupiają się na konstrukcji i efektach głównych elementów napędzających uczenie się motoryczne, tj. struktury praktyki i informacji zwrotnych. Czas i organizacja ćwiczeń może wpłynąć na zachowanie informacji, np. jak zadania mogą być podzielone i ćwiczone (zobacz także zróżnicowana praktyka ), a precyzyjna forma informacji zwrotnej może wpłynąć na przygotowanie, przewidywanie i kierowanie ruchem.

Podejście behawioralne

Struktura praktyki i ingerencja kontekstowa

Zakłócenia kontekstowe zostały pierwotnie zdefiniowane jako „zakłócenia funkcji w uczeniu się odpowiedzialne za poprawę pamięci”. Efekt interferencji kontekstowej to „wpływ na uczenie się stopnia interferencji funkcjonalnej występującej w sytuacji praktycznej, w której trzeba się nauczyć kilku zadań i ćwiczyć je razem”. Zmienność praktyki (lub zróżnicowana praktyka ) jest ważnym elementem interferencji kontekstowej, ponieważ umieszcza zmienność zadań w uczeniu się. Chociaż zróżnicowana praktyka może prowadzić do słabych wyników w fazie akwizycji, jest to ważne dla rozwoju schematów, które są odpowiedzialne za łączenie i lepsze zapamiętywanie i przekazywanie uczenia się motorycznego.

Pomimo poprawy wydajności obserwowanej w wielu badaniach, jednym z ograniczeń efektu interferencji kontekstowej jest niepewność co do przyczyny poprawy wydajności, ponieważ tak wiele zmiennych jest stale manipulowanych. W przeglądzie literatury autorzy stwierdzają, że istnieje niewiele wzorców wyjaśniających ulepszenia w eksperymentach wykorzystujących paradygmat interferencji kontekstowej. Chociaż w literaturze nie było wzorców, zidentyfikowano wspólne obszary i ograniczenia, które uzasadniają efekty interferencji:

  1. Chociaż nabywane umiejętności wymagały ruchów całym ciałem, większość zadań miała wspólną cechę; wszystkie zawierały komponenty, które można było wyizolować.
  2. Większość badań wspierających efekt interferencji wykorzystywała powolne ruchy, które umożliwiały korektę ruchu podczas wykonywania ruchu.
  3. Według niektórych autorów, transfer dwustronny można wywołać poprzez alternatywne warunki praktyki, ponieważ źródło informacji może powstać z obu stron ciała. Pomimo ulepszeń zaobserwowanych w tych badaniach, efektów interferencji nie przypisywano by ich ulepszeniom i byłby to zbieg cech zadań i harmonogramu ćwiczeń.
  4. Terminologia „umiejętności złożonych” nie została dobrze zdefiniowana. Manipulacje proceduralne, które różnią się między eksperymentami (np. zmiana podobieństwa między zadaniami), były wymieniane jako przyczyniające się do złożoności umiejętności.

Informacja zwrotna udzielona podczas praktyki

Sprzężenie zwrotne jest uważane za zmienną krytyczną dla nabywania umiejętności i jest szeroko definiowane jako wszelkiego rodzaju informacje sensoryczne związane z reakcją lub ruchem. Wewnętrzna informacja zwrotna jest wytwarzana w odpowiedzi — pojawia się zwykle, gdy wykonuje się ruch, a źródła mogą być wewnętrzne lub zewnętrzne w stosunku do ciała. Typowe źródła wewnętrznej informacji zwrotnej to wzrok , propriocepcja i słuch . Zewnętrzne sprzężenie zwrotne to rozszerzone informacje dostarczane przez źródło zewnętrzne, oprócz sprzężenia wewnętrznego. Zewnętrzna informacja zwrotna jest czasami klasyfikowana jako wiedza na temat wydajności lub znajomość wyników.

W kilku badaniach manipulowano cechami prezentacji informacji zwrotnej (np. częstotliwością, opóźnieniem, czynnościami interpolowanymi i precyzją) w celu określenia optymalnych warunków uczenia się. Zobacz Rysunek 4, Rysunek 6 i podsumowanie Tabela 1, aby uzyskać szczegółowe wyjaśnienie manipulacji informacjami zwrotnymi i znajomości wyników (patrz poniżej).

Znajomość wydajności

Znajomość wykonania (KP ) lub kinematyczne sprzężenie zwrotne odnosi się do informacji przekazywanych wykonawcy, wskazujących na jakość lub wzorzec ich ruchu. Może zawierać informacje takie jak przemieszczenie, prędkość lub ruch stawu. KP zwykle różni się od wewnętrznej informacji zwrotnej i jest bardziej przydatne w zadaniach w świecie rzeczywistym. Jest to strategia często stosowana przez trenerów lub praktyków rehabilitacji.

Znajomość wyników

Wiedza o wynikach (KR) jest definiowana jako zewnętrzna lub rozszerzona informacja przekazywana wykonawcy po odpowiedzi, wskazująca na sukces jego działań w odniesieniu do celu środowiskowego. KR może być nadmiarowy z wewnętrznym sprzężeniem zwrotnym, szczególnie w rzeczywistych scenariuszach. Jednak w badaniach eksperymentalnych odnosi się do informacji dostarczanych poza źródłami sprzężenia zwrotnego, które są naturalnie otrzymywane, gdy następuje odpowiedź (tj. sprzężenie zwrotne wywołane odpowiedzią; Zazwyczaj KR jest również werbalna lub możliwa do werbalizacji. Wpływ KR na motorykę uczenie się zostało dobrze zbadane, a niektóre implikacje opisano poniżej.

Projektowanie eksperymentów i znajomość wyników

Często eksperymentatorom nie udaje się oddzielić względnie trwałego aspektu zmiany zdolności reagowania (tj. wskazującego na uczenie się) od efektów przejściowych (tj. wskazujących na wydajność). Aby to uwzględnić, stworzono projekty transferowe, które obejmują dwie odrębne fazy. Aby zwizualizować projekt transferu, wyobraź sobie siatkę 4x4. Nagłówki kolumn mogą być zatytułowane „Eksperyment nr 1” i „Eksperyment nr 2” i wskazywać warunki, które chcesz porównać. Nagłówki wierszy są zatytułowane „Nabycie” i „Przeniesienie”, przy czym:

  1. Blok akwizycji (2 kolumny) zawiera warunki testowe, w których manipuluje się pewną zmienną (tj. stosuje się różne poziomy KR) i różne grupy otrzymują różne zabiegi. Ten blok reprezentuje przejściowe skutki KR (tj. wydajność)
  2. Blok transferu (2 kolumny) zawiera warunki testowe, w których ta zmienna jest utrzymywana na stałym poziomie (tj. zastosowany wspólny poziom KR; zwykle warunek braku KR). Po przedstawieniu warunku braku KR, blok ten reprezentuje trwałe skutki KR (tj. uczenie się). I odwrotnie, jeśli ten blok jest podawany przedmiotom w formacie, w którym KR jest dostępny, przejściowe i trwałe skutki KR są zawiłe i argumentuje się, że nie można go zinterpretować pod kątem efektów uczenia się.

Po okresie odpoczynku uważa się, że zmiany w zdolności do reagowania (tj. efekty) są przypisywane uczeniu się, a grupa z najbardziej efektywnymi wynikami nauczyła się najwięcej.

Funkcjonalna rola wiedzy o wynikach i potencjalne uwikłanie efektów

KR wydaje się mieć wiele różnych ról, z których niektóre można postrzegać jako tymczasowe lub przejściowe (tj. efekty wydajności). Trzy z tych ról obejmują: 1) motywację, 2) funkcję asocjacyjną i 3) kierowanie. Wpływ motywacyjny może zwiększyć wysiłek i zainteresowanie wykonawcy zadaniem, a także utrzymać to zainteresowanie po usunięciu KR. Chociaż ważne jest, aby wzbudzić zainteresowanie zadaniem dla celów wydajności i uczenia się, jednak stopień, w jakim wpływa to na uczenie się, jest nieznany. Asocjacyjna funkcja KR prawdopodobnie bierze udział w tworzeniu związków między bodźcem a reakcją (tj. Prawo skutku ). Jednak ten dodatkowy efekt nie jest w stanie wyjaśnić ustaleń w zadaniach transferowych manipulujących względną częstotliwością KR; w szczególności zmniejszenie względnej częstotliwości skutkuje lepszym uczeniem się. Alternatywna dyskusja na temat tego, jak KR może kalibrować system motoryczny do świata zewnętrznego (patrz teoria schematów w programie motorycznym ). Rola przewodnia KR jest prawdopodobnie najbardziej wpływowa na uczenie się, ponieważ zarówno wewnętrzne, jak i zewnętrzne źródła informacji zwrotnej odgrywają przewodnią rolę w wykonywaniu zadania ruchowego. Ponieważ wykonawca jest informowany o błędach w wykonywaniu zadania, rozbieżność może być wykorzystana do ciągłej poprawy wydajności w kolejnych próbach. Jednak hipoteza poradnictwo postulaty że przepis zbyt wiele zewnętrznych, rozszerzonej informacji zwrotnej (np KR) podczas treningu może powodować uczącego się rozwijać szkodliwe uzależnienia od tego źródła informacji zwrotnej. Może to prowadzić do lepszej wydajności podczas ćwiczeń, ale słabej wydajności podczas transferu – oznaka słabej nauki motorycznej. Dodatkowo oznacza to, że wraz z postępami wykonawcy warunki KR muszą być dostosowywane zgodnie z umiejętnościami wykonawcy i trudnością zadania w celu maksymalizacji uczenia się (patrz struktura punktów wyzwań ).

Specyfika hipotezy uczenia się

Specyfika hipotezy uczenia się sugeruje, że uczenie się jest najskuteczniejsze, gdy sesje treningowe obejmują warunki środowiskowe i ruchowe, które bardzo przypominają te wymagane podczas wykonywania zadania — replikując docelowy poziom umiejętności i kontekst wykonania. P. 194 Sugeruje to, że korzyść ze specyfiki w praktyce występuje, ponieważ nauka motoryczna jest połączona z praktyką fizyczną podczas wyuczonego sportu lub umiejętności. P. 90 Wbrew wcześniejszym przekonaniom, uczenie się umiejętności odbywa się poprzez naprzemienne uczenie się motoryczne i sprawność fizyczną, dzięki czemu źródła sprzężenia zwrotnego współpracują ze sobą. Proces uczenia się, zwłaszcza w przypadku zadania trudnego, skutkuje stworzeniem reprezentacji zadania, w której zintegrowane są wszystkie istotne informacje dotyczące wykonania zadania. Ta reprezentacja staje się ściśle powiązana z rosnącym doświadczeniem w wykonywaniu zadania. W rezultacie usunięcie lub dodanie znaczącego źródła informacji po okresie praktyki, w którym było ono obecne lub nie, nie powoduje pogorszenia wyników. Naprzemienne uczenie się motoryczne i ćwiczenia fizyczne mogą ostatecznie prowadzić do wspaniałych, jeśli nie lepszych wyników, w przeciwieństwie do samej praktyki fizycznej.

Podejście fizjologiczne

W móżdżku i zwojach podstawy mózgu są krytyczne dla nauki silnika. W wyniku powszechnej potrzeby odpowiednio skalibrowanego ruchu nie dziwi fakt, że móżdżek i zwoje podstawy są szeroko zachowane u kręgowców, od ryb po ludzi .

Poprzez uczenie się motoryczne człowiek jest w stanie osiągnąć bardzo umiejętne zachowanie, a poprzez powtarzający się trening można oczekiwać pewnego stopnia automatyzmu. I chociaż może to być wyrafinowany proces, wiele się nauczyliśmy z badań nad prostymi zachowaniami. Zachowania te obejmują warunkowanie mrugania oczami , naukę motoryczną w odruchu przedsionkowo-ocznym i śpiew ptaków . Badania nad ślimakiem morskim Aplysia californica dostarczyły szczegółowej wiedzy na temat komórkowych mechanizmów prostej formy uczenia się.

Podczas pracy interfejsu mózg-komputer zachodzi pewien rodzaj uczenia się motorycznego . Na przykład Mikhail Lebedev , Miguel Nicolelis i ich koledzy wykazali ostatnio plastyczność korową, która doprowadziła do włączenia zewnętrznego siłownika kontrolowanego przez interfejs mózg-maszyna do neuronowej reprezentacji podmiotu.

Na poziomie komórkowym, silnik nauki przejawia się w neurony w korze ruchowej . Stosując techniki rejestrowania jednokomórkowego , dr Emilio Bizzi i jego współpracownicy wykazali, że zachowanie niektórych komórek, znanych jako „ komórki pamięci ”, może ulegać trwałym zmianom wraz z praktyką.

Uczenie motoryczne odbywa się również na poziomie mięśniowo-szkieletowym . Każdy neuron ruchowy w ciele unerwia jedną lub więcej komórek mięśniowych i razem te komórki tworzą tak zwaną jednostkę motoryczną. Aby osoba mogła wykonać nawet najprostsze zadanie ruchowe, aktywność tysięcy tych jednostek motorycznych musi być skoordynowana. Wydaje się, że organizm radzi sobie z tym wyzwaniem organizując jednostki motoryczne w moduły jednostek, których aktywność jest skorelowana.

Zaburzone uczenie się motoryczne

Dyspraksja

Upośledzenia związane z zaburzeniami koordynacji rozwojowej (DCD) wiążą się z trudnościami w nauce nowych umiejętności motorycznych, a także ograniczoną kontrolą postawy i deficytami w koordynacji sensomotorycznej. Wydaje się, że dzieci z DCD nie są w stanie poprawić wykonywania złożonych zadań ruchowych jedynie poprzez praktykę. Istnieją jednak dowody na to, że trening zadaniowy może poprawić wykonywanie prostszych zadań. Upośledzone uczenie się umiejętności może być skorelowane z aktywnością mózgu, w szczególności zmniejszeniem aktywności mózgu w obszarach związanych z wykwalifikowaną praktyką motoryczną.

Apraksja

Uczenie się motoryki zostało zastosowane do powrotu do zdrowia po udarze i neurorehabilitacji, ponieważ rehabilitacja jest generalnie procesem ponownego uczenia się utraconych umiejętności poprzez praktykę i/lub trening. Chociaż klinicyści zajmujący się rehabilitacją wykorzystują praktykę jako główny element interwencji, pozostaje luka między badaniami nad kontrolą motoryczną i nauką motoryki a praktyką rehabilitacyjną. Typowe paradygmaty uczenia motorycznego obejmują paradygmaty ramion robota, w których osoby zachęca się do opierania się urządzeniu trzymanemu w ręku podczas określonych ruchów ramion. Inną ważną koncepcją uczenia się motorycznego jest ilość praktykowana podczas interwencji. Badania dotyczące związku między ilością odbytego treningu a zachowaniem pamięci przez określony czas później były popularnym przedmiotem badań. Wykazano, że nadmierne uczenie się prowadzi do znacznej poprawy długoterminowej retencji i niewielkiego wpływu na wydajność. Paradygmaty ćwiczeń motorycznych porównują różnice w różnych harmonogramach ćwiczeń i sugerują, że powtarzanie tych samych ruchów nie wystarczy do ponownego uczenia się umiejętności, ponieważ nie jest jasne, czy prawdziwe odzyskiwanie mózgu jest wywołane samymi powtórzeniami. Sugeruje się, że metody kompensacji rozwijają się poprzez czyste powtarzanie i wywołują zmiany korowe (prawdziwe zdrowienie), osoby powinny być narażone na trudniejsze zadania. Badania, które wdrożyły naukę motoryczną i praktykę rehabilitacji, zostały wykorzystane w populacji po udarze mózgu i obejmują trening umiejętności ramion, terapię ruchową wywołaną ograniczeniami , stymulację nerwowo-mięśniową wyzwalaną elektromiografem , terapię interaktywną robotem i rehabilitację opartą na rzeczywistości wirtualnej . W niedawnym badaniu kondycjonowanie niedokrwienne zostało dostarczone przez napełnienie mankietu do pomiaru ciśnienia krwi i opróżnienie ramienia, aby ułatwić uczenie się. Po raz pierwszy wykazano u ludzi i zwierząt, że warunkowanie niedokrwienne może wzmocnić uczenie się motoryczne i że wzmocnienie to utrzymuje się w czasie. Potencjalne korzyści z kondycjonowania niedokrwiennego wykraczają daleko poza udar mózgu i obejmują inne populacje rehabilitacji neuro-, geriatrycznej i pediatrycznej. Wyniki te zostały przedstawione w wiadomościach Global Medical Discovery.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki