運動控制和學(xué)習(xí)

運動控制和學(xué)習(xí)運動控制為調(diào)節(jié)或者管理動作的能力。肢體精確完成特定功能活動的能力狹義：上運動神經(jīng)元體系對肢體運動的精確控制，涉及大腦皮質(zhì)、小腦、腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、前庭等。廣義：還包括下運動神經(jīng)元病變、骨關(guān)節(jié)病變和神經(jīng)-肌肉病變的參與。

第2頁,共71頁，2024年2月25日，星期天運動控制的內(nèi)涵中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）需要將許多單塊肌肉組織起來，并把他們聯(lián)合起來形成協(xié)調(diào)的功能性動作；用來自于環(huán)境和人體的感覺信息來選擇和控制動作；外在環(huán)境對人體運動的影響；對運動量化（力量、范圍、速度……）；第3頁,共71頁，2024年2月25日，星期天為什么要研究運動控制？物理治療師和作業(yè)治療師被認(rèn)為是“應(yīng)用運動控制的生理學(xué)家”（Brooks，1986）。治療師訓(xùn)練的需要。治療目的不是改善動作而是運動控制能力。用于提高對于功能所必需的姿勢和動作的質(zhì)量和數(shù)量。更好的理解運動控制，特別是動作的本質(zhì)和控制。是實現(xiàn)功能活動目標(biāo)的需要！第4頁,共71頁，2024年2月25日，星期天動作的運動控制影響因素個體的運動、認(rèn)知和知覺系統(tǒng)的相互作用環(huán)境的常規(guī)和非常規(guī)影響任務(wù)的特征（活動、操作、穩(wěn)定）對功能性運動的組織起作用M個體任務(wù)環(huán)境第5頁,共71頁，2024年2月25日，星期天強調(diào)頭頸部的控制第6頁,共71頁，2024年2月25日，星期天強調(diào)軀干和下肢的控制第7頁,共71頁，2024年2月25日，星期天以上的運動控制如何實現(xiàn)？第8頁,共71頁，2024年2月25日，星期天運動控制的內(nèi)容運動控制（所有與運動功能有關(guān)的活動）

肌力與肌張力關(guān)節(jié)靈活性與穩(wěn)定性平衡與協(xié)調(diào)性反射模式與運動模式姿勢與步態(tài)第9頁,共71頁，2024年2月25日，星期天運動控制的要素肌力力量耐力（保證長時間運動的前提）速度（恰當(dāng)）準(zhǔn)確（目標(biāo)）穩(wěn)定（協(xié)調(diào)）第10頁,共71頁，2024年2月25日，星期天運動控制：力量、速度、準(zhǔn)確、穩(wěn)定第11頁,共71頁，2024年2月25日，星期天上肢的運動控制活動?Reaching前伸夠物取物?Grasping抓握?Manipulation操作持物?Release釋物第12頁,共71頁，2024年2月25日，星期天移動的運動控制活動翻身起坐坐站步行上下樓下蹲第13頁,共71頁，2024年2月25日，星期天運動控制成功的條件啟動與推動姿勢控制調(diào)整與適應(yīng)Das,McCollum,1988;Palta,1991;第14頁,共71頁，2024年2月25日，星期天運動控制的模型與理論傳統(tǒng)的運動控制模型：反射模型等級模型閉環(huán)和開環(huán)系統(tǒng)模型現(xiàn)代的運動控制模型：系統(tǒng)模型第15頁,共71頁，2024年2月25日，星期天反射模型(reflexmodel)反射：在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的參與下，機體對外界刺激即感覺輸入所作出的規(guī)律性的或較為固定的反應(yīng)。是經(jīng)典的運動控制模型理論基礎(chǔ):SirCharlesSherrington實驗研究證實(1906),刺激去大腦皮質(zhì)動物的特定感覺感受器,誘發(fā)出各種不同固定或刻板的運動。第16頁,共71頁，2024年2月25日，星期天反射模型核心思想：反射是運動的基本單位;人體運動是各種反射的總和或整合的結(jié)果;人體復(fù)雜運動:簡單反射(腱反射)+復(fù)雜反射(Moro反射等)運動反應(yīng)的中樞控制依賴外周感覺輸入(反射弧完整);感覺輸入能夠控制運動的輸出—神經(jīng)促進(jìn)技術(shù)理論基礎(chǔ)（破壞平衡誘發(fā)平衡運動反應(yīng)）。第17頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共71頁，2024年2月25日，星期天脊髓層面的反射牽張反射

腱反射（位相性牽張反射）-快速牽拉肌腱產(chǎn)生肌肉反射性收縮，單突觸反射，快肌收縮，可見關(guān)節(jié)活動，短暫。

肌緊張（緊張性牽張反射）-緩慢持續(xù)牽拉肌腱引起的肌肉收縮，多突觸反射，慢肌收縮，不表現(xiàn)明顯動作，持久。第19頁,共71頁，2024年2月25日，星期天姿勢反射-直立是人體經(jīng)常保持的姿勢，一旦常態(tài)姿勢受到破壞后，身體肌肉張力立即發(fā)生重新調(diào)整，以維持身體的平衡或恢復(fù)正常姿勢，這種保持或調(diào)整身體在空間位置的反射稱姿勢反射。

第20頁,共71頁，2024年2月25日，星期天腦干層面的姿勢反射第21頁,共71頁，2024年2月25日，星期天腦干層面的姿勢反射第22頁,共71頁，2024年2月25日，星期天緊張性迷路反射仰臥位：上下肢伸肌優(yōu)勢俯臥位：上下肢屈肌優(yōu)勢緊張性腰反射軀干向右扭轉(zhuǎn)：右上肢屈肌優(yōu)勢，下肢伸肌優(yōu)勢左上肢伸肌優(yōu)勢，下肢屈肌優(yōu)勢腦干層面的姿勢反射第23頁,共71頁，2024年2月25日，星期天大腦層面的反射－維持平衡第24頁,共71頁，2024年2月25日，星期天特殊平衡反射保護(hù)性伸展反應(yīng)

跨步及跳躍反應(yīng)第25頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（1）交互抑制某一中樞興奮時，在功能上與他相對抗的中樞便發(fā)生抑制的現(xiàn)象。如主縮肌與拮抗肌的關(guān)系。本質(zhì)為突觸后抑制。神經(jīng)反射的特點第26頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（2）擴散一個中樞的興奮引起協(xié)同中樞的興奮，稱為興奮的擴散；一個中樞的抑制引起協(xié)同中樞的抑制，稱為抑制的擴散。如一側(cè)肢體的興奮可以擴散到對側(cè)肢體。

第27頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（3）優(yōu)勢現(xiàn)象在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)某一中樞受到較強刺激，其興奮水平不斷提高，這個提高興奮水平的中樞，稱興奮優(yōu)勢灶，它能綜合其他中樞擴散而來的興奮，提高其自身的興奮水平，對其臨近中樞卻發(fā)生抑制作用。第28頁,共71頁，2024年2月25日，星期天（4）反饋是中樞神經(jīng)系統(tǒng)高位和低位中樞之間的一種相互聯(lián)系、促進(jìn)、制約的方式。神經(jīng)元之間的環(huán)路聯(lián)系是反饋作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。反饋活動有2種，使原有活動加強和持久的正反饋，使原有活動減弱或終止的負(fù)反饋，起到促進(jìn)活動出現(xiàn)，保持活動適度，防止活動過度的作用（運動、激素的反饋調(diào)節(jié)）。第29頁,共71頁，2024年2月25日，星期天反射模型-局限性感覺非運動反應(yīng)之必須無感覺輸入仍有協(xié)調(diào)運動(貓的脊髓橫斷)；下肢嚴(yán)重感覺障礙出現(xiàn)輕度協(xié)調(diào)運動障礙;無法解釋快速而連續(xù)運動的產(chǎn)生無法解釋新的運動技能學(xué)習(xí)大腦皮層意念對運動反射的控制(憋尿、意念對疼痛和平衡的干預(yù)）人體發(fā)育完善后的原始反射的消失第30頁,共71頁，2024年2月25日，星期天等級模型中樞性運動控制（自上而下）大腦皮質(zhì)、腦干和脊髓按照高、中、低水平由上一級水平對下一級水平依次進(jìn)行控制（1932年神經(jīng)學(xué)家SirHughlingsJackson）；運動程序（motorprograms)管理運動：中樞預(yù)先設(shè)定的命令支配外周運動，不受外周反饋影響第31頁,共71頁，2024年2月25日，星期天等級模型大腦小腦基底節(jié)腦干脊髓肌肉骨骼系統(tǒng)運動控制器效應(yīng)器運動程序輸入指令輸出高水平（隨意運動控制）中等水平低水平（反射運動控制）控制結(jié)果的行為表現(xiàn)第32頁,共71頁，2024年2月25日，星期天神經(jīng)-運動等級調(diào)控高級中樞實現(xiàn)對反射的逐級控制

脊髓水平

（more、屈肌退縮反射）

延髓水平（粗大運動）中腦、橋腦水平

（姿勢、調(diào)整反射）大腦皮層

（隨意、精細(xì)、共濟、協(xié)調(diào)、平衡）原始反射被抑制，實現(xiàn)中樞運動控制下的隨意運動第33頁,共71頁，2024年2月25日，星期天脊髓對軀體姿勢的調(diào)節(jié)脊髓的牽張反射（腱反射和肌緊張）作用－肌緊張是維持軀體站立姿勢最基本的反射活動，是姿勢反射的基礎(chǔ)；－伸肌牽張反射占優(yōu)勢，受高位中樞調(diào)節(jié)控制；－高位中樞對脊髓伸肌反射中樞有易化作用，對屈肌發(fā)射中樞有抑制作用；第34頁,共71頁，2024年2月25日，星期天腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對肌緊張的調(diào)節(jié)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)—從延髓、腦橋、中腦、直至丘腦底部這一腦干中央部分的廣泛區(qū)域中神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)纖維交織在一起呈網(wǎng)狀。

第35頁,共71頁，2024年2月25日，星期天l

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上行系統(tǒng)形成非特異性傳入系統(tǒng)：接受來自全身各部位的傳入沖動，通過許多突觸由丘腦非特異投射系統(tǒng)傳至大腦皮層；l

網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)下行系統(tǒng)形成網(wǎng)狀脊髓束，構(gòu)成椎體外系重要組成，對脊髓反射起易化或抑制作用。第36頁,共71頁，2024年2月25日，星期天網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)下行易化系統(tǒng)：對肌緊張起易化作用（伸?。?；易化區(qū)大：延髓網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)背外側(cè)、腦橋背蓋、中腦灰質(zhì)及背蓋、下丘腦部分核群等網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)下行抑制系統(tǒng)：對肌緊張起抑制作用（屈肌）。抑制區(qū)?。貉铀杈W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)腹內(nèi)側(cè)部分等第37頁,共71頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共71頁，2024年2月25日，星期天小腦在運動控制中的調(diào)節(jié)（1）

小腦是重要的運動控制調(diào)節(jié)中樞，其本身不引發(fā)動作；（2）對動作起共濟協(xié)調(diào)作用，可以調(diào)節(jié)肌緊張、控制軀體姿勢和平衡，協(xié)調(diào)感覺運動和參與運動學(xué)習(xí)過程；（3）精細(xì)運動的協(xié)調(diào)；

第39頁,共71頁，2024年2月25日，星期天基底神經(jīng)節(jié)的調(diào)控作用接受來自感覺運動皮質(zhì)的信號，并將信號加工后傳送到腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，再下行到脊髓；調(diào)節(jié)運動功能的重要作用，它與隨意運動的穩(wěn)定性、肌緊張的控制、運動程序和本體感覺傳入沖動信息的處理有關(guān)；為一切運動提供必要的“配合活動”

第40頁,共71頁，2024年2月25日，星期天大腦皮質(zhì)在運動控制中的調(diào)節(jié)大腦的反射與調(diào)控-平衡反射（見前表）大腦對下位中樞的調(diào)節(jié)抑制區(qū)：皮層運動區(qū)、紋狀體、小腦前葉蚓部易化區(qū)：前庭核、小腦前葉兩側(cè)部它們與腦干有關(guān)結(jié)構(gòu)具有功能聯(lián)系，實現(xiàn)對腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、脊髓的控制第41頁,共71頁，2024年2月25日，星期天大腦與低位中樞的相互調(diào)控（等級調(diào)控）大腦是神經(jīng)系統(tǒng)的高位中樞，小腦、腦干、脊髓是大腦的低位中樞，正常情況下，低位中樞受高位中樞的控制高位中樞通過下行易化系統(tǒng)使低位中樞反射活動易化；高位中樞通過下行抑制系統(tǒng)減弱低位反射活動；第42頁,共71頁，2024年2月25日，星期天神經(jīng)-運動調(diào)控發(fā)育（等級理論）

脊髓水平

（肌緊張、牽張反射）

延髓水平（粗大運動）中腦、橋腦水平

（姿勢、調(diào)整反射）大腦皮層

（隨意、精細(xì)、共濟、協(xié)調(diào)、平衡）出生時幼兒期成人抬頭翻身爬行坐位坐位平衡跪位站立站立平衡扶走獨立步行椎體束椎體外束第43頁,共71頁，2024年2月25日，星期天錐體束的功能

—調(diào)節(jié)脊髓前角運動神經(jīng)元和中間神經(jīng)元的興奮性，易化或抑制由其它途徑引起的活動，特別是在快速隨意控制肌肉的精細(xì)、協(xié)調(diào)運動中起基本作用。組成：它是由皮質(zhì)運動區(qū)錐細(xì)胞發(fā)出的神經(jīng)，經(jīng)內(nèi)囊處匯聚成束下行，止于腦干神經(jīng)核運動神經(jīng)元（皮質(zhì)腦干束）和脊髓運動神經(jīng)元及中間神經(jīng)元（皮質(zhì)脊髓束），在錐體束下行過程中一部分交叉至對側(cè)。第44頁,共71頁，2024年2月25日，星期天錐體外束（網(wǎng)狀下行系統(tǒng)）功能：①不經(jīng)過延髓錐體，作用不能直接迅速抵達(dá)下運動神經(jīng)元，不能引起肌肉的隨意收縮，只是影響運動的協(xié)調(diào)性、準(zhǔn)確性；②通過影響肌張力來維持人體的正常姿勢。它具有對大腦皮質(zhì)呈反饋作用的環(huán)路聯(lián)系。在機能上參與調(diào)節(jié)肌肉緊張度，協(xié)調(diào)肌肉的聯(lián)合活動以維持身體的姿勢，進(jìn)行節(jié)律動作等。

第45頁,共71頁，2024年2月25日，星期天錐體束隨意運動，錐體外束調(diào)控肌張力各種反射受到錐體外束的調(diào)控意識控制人體的各種反射和運動第46頁,共71頁，2024年2月25日，星期天

隨意運動的產(chǎn)生和調(diào)控第47頁,共71頁，2024年2月25日，星期天閉環(huán)與開環(huán)模型受到自動控制系統(tǒng)理論影響，將運動控制的信息加工模型分為：閉環(huán)控制模型（closed-loop-controlmodel)開環(huán)控制模型（open-loop-controlmodel)第48頁,共71頁，2024年2月25日，星期天閉環(huán)控制模型

closed-loopcontrolmodel

命令運動執(zhí)行控制器肌肉活動錯誤糾正錯誤檢測各種運動參數(shù)（方向、速度等）反饋↓↓↓↓第49頁,共71頁，2024年2月25日，星期天閉環(huán)控制模型強調(diào)外周感覺信息反饋用于提高運動的效率和準(zhǔn)確性對輸出反應(yīng)的反饋調(diào)節(jié)（負(fù)、正反饋）學(xué)習(xí)或掌握新技術(shù)中采用此模式獲取運動強調(diào)學(xué)習(xí)者的主動控制、修正和調(diào)節(jié)實現(xiàn)運動控制康復(fù)中患者在接受治療過程中的主動角色，環(huán)境、治療師的被動角色第50頁,共71頁，2024年2月25日，星期天開環(huán)控制模型

被控對象對控制器的輸出執(zhí)行控制器無影響單向聯(lián)系命令不依賴感覺反饋指導(dǎo)運動有固定的運動模式各種運動參數(shù)開環(huán)控制系統(tǒng)產(chǎn)生運動肌肉激活運動參數(shù)在運動中不發(fā)生變化（盲人取物）運動第51頁,共71頁，2024年2月25日，星期天開環(huán)控制模型按照預(yù)先編制的固定運動模式運動不依賴感覺反饋指導(dǎo)運動熟練性技巧運動和快速運動采用此模式在概念上同等級模式第52頁,共71頁，2024年2月25日，星期天模式發(fā)生器理論核心思想：模式發(fā)生器將多組肌群以一定的時空關(guān)系組織在一起合作產(chǎn)生一種特定的運動-協(xié)同運動。正常人有多種組合協(xié)同運動模式（步行和步態(tài)、抗平衡干擾的髖和踝策略、日常生活、體育活動中習(xí)慣性動作）第53頁,共71頁，2024年2月25日，星期天步行發(fā)生器假說1960年動物實驗研究：脊髓橫斷性損傷的貓在幾周的減重步行訓(xùn)練后，能夠產(chǎn)生步行模式，即貓的身體重量被懸掛，身體重量部分抵消，用手輔助其后肢行走。第54頁,共71頁，2024年2月25日，星期天步行發(fā)生器假說

有人認(rèn)為，貓的這一能力得益于運動發(fā)生器（centralpatterngenerator，CPG）,是在損傷平面下的腰段脊髓中產(chǎn)生的，能控制感覺相關(guān)的運動。這一對脊髓“學(xué)習(xí)”機制的研究引發(fā)了對脊髓CPG研究的興趣。GrillnerS,ZanggerP.BrainRes.1975;88:367-371.

MedicineVolume12,Issue1?Spring2003第55頁,共71頁，2024年2月25日，星期天步行發(fā)生器假說人類步行是一個復(fù)雜現(xiàn)象。近來研究發(fā)現(xiàn)，步行是由大腦和脊髓的很多區(qū)域和水平綜合控制：最高層次控制是大腦的邊緣前葉，這一區(qū)域儲藏了步行程序的記憶與相關(guān)的情感。中層的控制包括丘腦，它接受和傳遞信息，腦干控制，將大腦中樞和脊髓連接起來。低位中樞是脊髓：以前曾認(rèn)為它不過是一個傳遞中心，貓的研究發(fā)現(xiàn)它能產(chǎn)生相對簡單的步行運動模式，即CPG。HansenPD.Oregon2000June.Lundy-EkmanL.Philadelphia:W.B.SaundersCo.,1998.第56頁,共71頁，2024年2月25日，星期天多系統(tǒng)控制模型

運動控制是一個動態(tài)、多系統(tǒng)分配控制的模式，而非單向等級控制模式：強調(diào)個體與其所在環(huán)境之間相互作用的密切關(guān)系。當(dāng)個體試圖達(dá)到一個目的時，中樞神經(jīng)系統(tǒng)與個體和環(huán)境系統(tǒng)相互作用。多層交織結(jié)構(gòu)特征：相互重疊的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)相互作用和影響，無較高級、低級系統(tǒng)之分。更強調(diào)環(huán)境的作用。開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)合作并利用反饋控制實現(xiàn)目標(biāo)。第57頁,共71頁，2024年2月25日，星期天多系統(tǒng)控制模型系統(tǒng)理論:神經(jīng)系統(tǒng)是影響運動行為的眾多系統(tǒng)之一;神經(jīng)系統(tǒng)與其它系統(tǒng)相互聯(lián)系,構(gòu)成環(huán)行網(wǎng)絡(luò);環(huán)境與個人特性對運動行為起重要作用;個體試圖達(dá)某目的,中樞神經(jīng)系統(tǒng)與個體、和環(huán)境系統(tǒng)相互作用。第58頁,共71頁，2024年2月25日，星期天個例，無隨意運動功能，伴隨粗大抓握，頭部、軀干不能控制，不能坐和行走，不能進(jìn)行言語表達(dá)和情感控制，大小便不能自控，日常活動完全不能自理……？？？？第59頁,共71頁，2024年2月25日，星期天出生嬰兒的運動控制能力？第60頁,共71頁，2024年2月25日，星期天嬰兒的運動控制能力剛出生的嬰兒“障礙”患者隨意運動無癱瘓（偏癱）粗大運動有有精細(xì)活動無障礙大小便控制不能控制失控平衡無障礙原始反射病理反射軀干控制無失控共濟協(xié)調(diào)未出現(xiàn)障礙反射肌張力

不平衡異常為什么？第61頁,共71頁，2024年2月25日，星期天嬰兒的運動控制能力大腦尚未發(fā)育低位中樞脊髓、腦干反射占優(yōu)勢－原始反射高位中樞對低位中樞的控制尚未建立運動不能隨意控制第62頁,共71頁，2024年2月25日，星期天正常的運動控制模式姿勢的控制來自肌張力調(diào)整、姿勢反射調(diào)節(jié)和平衡反射調(diào)節(jié)運動可以