Об управлении движениями человека

Распад и восстановление двигательного навыка

До сих пор мы рассматривали вопрос о становлении и совершенствовании двигательных навыков. Но предлагаемая схема регулирования движений позволяет в некоторых случаях наметить пути для того, чтобы проследить их распад и восстановление. Иногда это может иметь немаловажное практическое значение. В качестве примера использования для этого высказанных нами теоретических соображений приведем анализ распада и восстановления определенного координированного навыка человека в условиях длительных перегрузок.

Различные формы физических перегрузок человека имеют место в тех случаях, когда по ряду причин воздействие на звенья тела превышает силу земного притяжения. При этом оно обычно охватывает не какое-нибудь отдельное звено, а все тело человека и вызывает то, что называется его перегрузкой. Естественно полагать, что в этом случае координация движений должна нарушиться. Ведь в ходе многовековой эволюции всего двигательного аппарата человека сила тяжести играла решающую роль не только в формировании жесткого опорного скелета и мускулатуры живых существ, но и, что не менее важно, всей системы управления их движениями. Это вытекает из того, что было сказано в предыдущих главах.

Центральные аппараты, управляющие движениями человека, учитывая все происходящее на костно-мышечной периферии, не могут не реагировать на такую постоянно действующую силу, как тяжесть управляемого звена. Это значительная часть информации, на которой строится управление навыком. Но вот наступил какой-то отрезок времени (иногда измеряющийся минутами) как эта информация резко изменилась. Как поведет себя центральная нервная система? Нарушится ли координация движений? Насколько? Нет ли возможностей восстановить ее? И т. д.

Применив предлагаемую нами блок-схему, мы довольно просто и, на наш взгляд, убедительно ответили на эти вопросы. С нашей точки зрения, для этого нужно было показать в соответствующих цифровых параметрах те или иные изменения внутренней структуры какого-либо навыка, который был бы достаточно стабилизирован (управлялся внутренним кольцом) и быстро реагировал на перегрузки.

Для этого в качестве теста был избран двигательный навык со сравнительно несложной структурой; его можно было не только достаточно быстро автоматизировать (перенести управление на внутреннее кольцо), но и в удобных единицах измерять нарушения параметров. Этот навык заключался в способности человека дифференцировать нажимы пальцем руки на жесткую опору. В ходе его выполнения испытуемый должен был стремиться сделать усилие второго нажима в половину величины первого. Соотношение этих нажимов выражалось специально разработанным для такого случая коэффициентом дифференциации усилий, который при соблюдении указанного выше соотношения должен был быть равным единице, а при невыполнении соответственно снижался.

Как и следовало ожидать, этот предел достигался только в отдельных случаях. Из 70–80 пар, записываемых (тензометрической методикой) в течение двухминутного выполнения теста, не более как 10–15% нажимов отвечали этому требованию. По-видимому, в этом особенность данного навыка. Лишь после длительной (около полутора месяцев) ежедневной двухчасовой тренировки испытуемых, когда управление требуемыми деталями навыка перешло во внутреннее кольцо, что выразилось в известной стабильности коэффициента дифференциации усилий (в среднем около 0,82), движение стало достаточно автоматизированным.

Затем испытуемые стали выполнять этот навык в условиях различных перегрузок, создаваемых на специальном устройстве, и после соответствующей статистической обработки большого материала были получены очень интересные закономерности (рис. 28), имеющие принципиальное значение.

Рис. 28. Зависимость между коэффициентом дифференциации усилий (F) логарифмом величины перегрузки (g) и временем выполнения нажимов пальцем руки при разных перегрузках (Ориг. 1961):
I — при нормальном воздействии силы тяжести; II — при выполнении в условиях стабильной в течение 2 мин. перегрузки в 3 и 7 ед.; III — при возрастающей за такое же время перегрузке до 7 ед.; IV — в течение двухминутного выполнения при перегрузке в 3 ед.; V — то же при перегрузке в 7 ед.

Сначала способность человека дифференцировать нажимы пальцем (а значит, так или иначе координировать движения) в условиях перегрузок нарушается. Прямая I наблюдалась при нормальном воздействии силы тяжести, линии же II и III указывают на уменьшение описываемого коэффициента. Поскольку величина перегрузки отмечена на оси абсцисс в логарифмическом масштабе, это ухудшение можно выразить уравнением ΔF = klng где:
ΔF — ухудшение дифференциации усилий;
k — коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния тренированности испытуемого (тангенс наклона прямых к горизонтали);
g — ускорение силы тяжести.

Если однако проследить способность испытуемых выполнять дифференцирование усилий в течение всего времени, когда они подвергались перегрузкам (то есть развернуть процесс во времени), то, как показывают линии IV и V, описываемое ухудшение наблюдается только в начале опыта, а затем в случае сохранения величины перегрузки испытуемые постепенно восстанавливают способность координировать свои движения и притом опять в логарифмической зависимости от времени пребывания в этих условиях (на второй оси абсцисс время нанесено также в логарифмическом масштабе).

Так были установлены две очень важные закономерности. В их практическом значении сомневаться не приходится. Они не только позволяют заранее определить математические параметры величины нарушений координации движений человека и продолжительности ее восстановления при длительных перегрузках, но и могут служить тестом для определения тренированности человека, которому предстоит работать в этих условиях.

Эти закономерности имеют и теоретическое значение, свидетельствуя о замечательной способности центральной нервной системы перестраивать свою деятельность при резком изменении стабильной информации о величине силы тяжести. Объяснение такому интересному явлению, видимо, надо искать в том, что сама по себе перегрузка конечностей для управляющих аппаратов не новость. Не следует забывать, что, как показал ряд исследований, в том числе и наших, при выполнении некоторых баллистических движений ускорения крайних звеньев конечностей человека достигают пятидесятикратных. Но центральная нервная система при соответствующей подготовке прекрасно справляется с управлением этими движениями. Значит, и перестройка ее деятельности в описываемом примере имеет какие-то основания.