Роль афферентации (обратных связей)
Двигательная деятельность человека характеризуется большой вариативностью. Значительная часть моторных актов новой структуры благодаря высокой пластичности ЦНС осуществляется путем экстраполяции.
Она обеспечивает так называемый перенос навыков и возможность с места осуществлять новые движения.
Экстраполяцией является способность нервной системы на основании имеющегося опыта адекватно решать вновь возникающие двигательные задачи. Увеличение запаса освоенных движений содействует значительному повышению возможностей человека без специального обучения правильно решать новые двигательные задачи, близкие к ранее решённым.
Формы экстраполяции весьма разнообразны. Они имеют отношение к самым разным сторонам двигательной деятельности, в том числе к связанным с правильной оценкой создавшейся ситуации и определением тактики действий, программированием характера и формы предстоящих движений и пр.
Экстраполяция широко осуществляется при выполнении не только совершенно новых, но и привычных двигательных актов. Например, человек при ходьбе использует огромное количество различных вариантов комбинаций деятельности мышц, необходимых каждый раз для адекватного приспособления к конкретным условиям. Любой наклон тела или поворот головы, изменение высоты или длины шага, увеличение или снижение веса переносимого груза всегда сопровождаются изменениями программы выполнения двигательного акта.
Естественно, что практически невозможно обучить человека неограниченному числу встречающихся в жизни вариантов движения, например, ходьбы. Но при овладении даже ограниченным
числом вариантов этого двигательного акта ЦНС оказывается способной благодаря экстраполяции осуществлять его в самых различных условиях.
Еще большее значение экстраполяция имеет при выполнении движений со значительными вариациями внешнего характера двигательного акта. Например, футболист может выполнить удар по мячу разными частями правой или левой ноги, с неодинаковой силой, из различного исходного положения.
Такого рода разнообразные двигательные задачи после обучения относительно ограниченному числу приемов решаются благодаря экстраполяции.
Способность человека к экстраполяции при овладении двигательными актами лишь в небольшой степени обусловлена наследственной информацией. Основное значение имеет формирование временных связей.
При однообразном выполнении двигательных актов возможности к экстраполяции суживаются, при разнообразии же их - расширяются. Поэтому тренировка не только в спортивных играх и единоборствах, но и в циклических движениях должна проводиться с различной скоростью и длительностью передвижений, с разным весом отягощений и т. д.
Диапазон экстраполяции всегда несколько ограничен. Так, навыки, которыми обладает футболист, не могут быть использованы для выполнения путем экстраполяции приемов борца или боксера и наоборот. Поэтому экстраполяцию необходимо учитывать при подборе комплекса подготовительных упражнений. Этот комплекс должен включать такие упражнения, которые могут оказать положительное влияние на освоение основного упражнения.
Если же несколько вспомогательных упражнений дают по механизму экстраполяции один и тот же эффект, то количество их можно уменьшить. При подборе Подготовительных упражнений необходимо также всегда учитывать тот эффект, который по механизму экстраполяции сказывается и на развитии вегетативных функций (кровообращение, дыхание и т.п.), обеспечивающих двигательную деятельность.
Развитие у спортсмена способности к экстраполяции позволяет ему лучше бороться с действием сбивающих факторов и в случае невозможности осуществить движение или какую-либо его фазу по ранее заученной программе создавать новую внешнюю или внутреннюю структуру деятельности мышц, адекватную решаемой двигательной задаче.
Стадии (фазы) формирования двигательного навыка. Становление двигательного навыка проходит через несколько стадий, или фаз. В первой стадии отмечается иррадиация нервных процессов с генерализацией ответных реакций и вовлечением в работу лишних мышц. На этой стадии начинается объединение отдельных частных действий в целостный акт.
Во второй стадии наблюдаются концентрация нервных процессов, улучшение координации, устранение излишнего мышечного напряжения и более высокая степень совершенства внешнего проявления стереотипности движений. В третьей стадии навык стабилизируется и еще более совершенствуются координация и автоматизация движений.
В ряде случаев некоторые из стадий могут отсутствовать. Это связано со многими факторами: степенью сложности и мощности мышечной работы, исходным состоянием двигательного аппарата, квалификацией спортсмена и др.
Уже говорилось, что новые сложные движения всегда формируются на фоне сложившихся координации. Вследствие этого обучение, например, гимнастическим упражнениям будет проходить совершенно различно у новичков, спортсменов средней квалификации и у мастеров спорта.
Так, у высококвалифицированных спортсменов благодаря приобретенным ранее навыкам и способности к экстраполяции обучение упражнениям может протекать без первой и даже второй стадии.
Устойчивость навыка и длительность его сохранения. Двигательные навыки, как и другие проявления временных связей, недостаточно стабильные в начале образования, в дальнейшем становятся все более и более стойкими. При этом чем они проще по своей структуре, тем прочнее.
Навыки со сложнейшими координационными отношениями менее стойки. Вследствие этого даже высококвалифицированному спортсмену трудно при повторениях сложных движений каждый раз показывать свои лучшие результаты. Если хотя бы один какой-то фактор, от которого зависит качественное выполнение упражнения, становится менее полноценным, результат снижается.
К факторам, снижающим устойчивость навыка, относятся ухудшение общего состояния нервной системы (например, при утомлении), развитие гипоксии, недостаточная адаптация при значительном изменении поясного времени, неуверенность в себе при сильных противниках и др. Существенное значение имеет тип нервной системы.
После прекращения систематической тренировки навык начинает утрачиваться. Но это имеет различное выражение для разных его компонентов.
Наиболее сложные двигательные компоненты могут ухудшаться даже при перерывах в несколько дней. Еще больше они страдают при длительных перерывах (недели, месяцы). Поэтому для достижения высоких результатов тренировка должна быть систематической, без длительных интервалов.
Несложные компоненты навыка могут сохраняться месяцами, годами и десятилетиями. Например, человек, научившийся плавать, кататься на коньках или ездить на велосипеде, сохраняет эти навыки в упрощенном виде даже после весьма больших перерывов.
Вегетативные компоненты навыков, связанные с регуляцией функции кровообращения, дыхания и т. д., имеют ряд отличий от двигательных. При кратковременной смене одного вида Деятельности другим вегетативные компоненты перестраиваются медленнее, чем двигательные. При длительных перерывах
(месяцы и в особенности годы) вегетативные компоненты навыка в отличие от двигательных могут угасать полностью.
Электромиограммы мышц-антагонистов -трехглавой (1) и двуглавой (2) плеча при опиловке у нетренированных (А) и тренированных (Б) людей (Р. С. Персон, 1970)
Характеристика деятельности мышц при формировании двигательного навыка. Особенности деятельности мышц при формировании двигательных навыков можно проследить по данным электромиография при одновременной регистрации биопотенциалов нескольких мышц (рис. 55). Как уже говорилось, в начальных стадиях формирования спортивного навыка биопотенциалы регистрируются не только в тех мышцах, которые необходимы для осуществления данного двигательного акта, но и в ряде лишних мышц.
Это связано с явлениями иррадиации в нервных центрах. По мере закрепления навыка происходит ограничение иррадиации, а при полностью сформированном навыке она наблюдается только в необычных условиях, например - при действии сильных посторонних раздражителей, при утомлении.
В результате совершенствования навыка в циклических движениях изменяется длительность периодов активности мышц. В начальных стадиях формирования навыка электрическая активность соответствующих мышц наблюдается не только во время активных фаз движения, но и в интервалах между ними (см. рис.
55). В дальнейшем злектромиографические залпы становятся короткими.
В процессе формирования навыка происходит изменение взаимоотношений между мышцами-антагонистами. В начале обучения может наблюдаться их одновременная биоэлектрическая активность, при относительно медленных движениях обнаруживается реципрокность между ними, и биоэлектрическая активность начинает возникать поочередно. Однако даже при сформированном навыке реципрокность может быть выражена не полностью, проявляясь лишь в снижении активности антагониста во время сокращения агониста.При этом чем быстрее темп движений, тем больше биоэлектрическая активность агониста сочетается с одновременной активностью антагониста (см. рис.
54).
В ряде случаев одновременная деятельность мышц-антагонистов представляет собой выражение особой формы координации, наблюдающейся при высокой степени, совершенства данного двигательного навыка. В частности, это имеет место при медленных движениях, требующих плавного перемещения звеньев тела, например при спуске курка у стрелков.
У разных лиц биоэлектрическая активность, отражающая степень участия в движении различных мышц при формировании двигательного навыка, протекает неодинаково. Это объясняется тем, что одно и то же движение может выполняться при несколько отличающемся сочетании деятельности работающих мышц.
В связи с этим в картине биоэлектрической активности у спортсменов одинаковой квалификации наряду с общими чертами могут быть и существенные различия.
Роль афферентации (обратных связей) в формировании и сохранении двигательного навыка
В сложном нервном механизме формирования двигательных импульсов и управления ими важное место принадлежит информации, получаемой из внешней среды и от различных частей тела и систем организма.
Обратные связи и их роль в формировании и совершенствовании техники движений. Нервная система, вызывая через пусковые двигательные и вегетативные нервы какую-либо деятельность, благодаря наличию обратных связей сразу же начинает получать от управляемых органов (мышц, сердечно-сосудистой системы и т.д.). а также из внешней среды информацию о совершившемся действии. Сигналы обратных связей, являясь важнейшим фактором корреляции движений, поступают в ЦНС через органы чувств и поэтому называются также сенсорными коррекциями (Н.
А. Бернштейн).
Различают внутренние обратные связи, которые сигнализируют о характере работы мышц, сердца и других систем организма, и внешние, несущие информацию о деятельности из внешней среды (точность метания, направление движения мяча в футболе, изменение положения тела противника в борьбе и т.д.).
Внутренние обратные связи при выполнении физических упражнений осуществляются преимущественно через двигательную (проприоцептивную), вестибулярную и интероцептивную сенсорные системы, внешние -через зрительную, слуховую и тактильную.
Существенное значение для совершенствования техники движений имеет и так называемая сторонняя информация, получаемая от тренера и других лиц в результате наблюдения за Движениями. Помимо наблюдений в настоящее время широко используется различного рода инструментальная техника, гензомет-
Рия, электромиография, цикло- или киносъемки, видеомагнитофонные записи и т. д., позволяющие оценивать пространственные и временные параметры двигательного акта. Особую ценность полученные данные имеют тогда, когда эта информация является срочной, т. е. используется для улучшения техники движения непосредственно во время выполнения упражнения, или при последующих повторениях его (В.
С. Фарфель).
Интеграция в центральной нервной системе афферентных и других факторов, предшествующих программированию движения. Двигательный акт на всех этапах подготовки и выполнения связан с интеграцией в ЦНС афферентных и других факторов.
П. К. Анохин выделяет четыре основных фактора: 1) мотивацию, 2) память, 3) обстановочную информацию и 4) пусковую информацию.
В трудовой и спортивной деятельности людей особенно большое значение имеют различного рода социально обусловленные виды мотивации. Благодаря следам в нервной системе (памяти) предшествующий опыт оказывает сильнейшее влияние на оценку любых событий и ситуаций. Большую роль в процессе интеграции играет обстановочная информация.
Информация об обстановке, поступающая из окружающей среды, и о состоянии различных функций организма является, -несомненно, весьма- существенным компонентом правильного программирования в ЦНС различных действий.
Наконец, существенное значение имеет пусковая направляющая, т. е. сигналы, какими в спорте являются выстрел, звук свистка, движение флажка, команда и др. Однако многие пусковые раздражители, требующие ответных двигательных актов, весьма сложны; они представляют собой не единичный сигнал, а ситуацию определенного характера. Это всегда сильно затрудняет афферентный синтез.
Например, в разных Видах единоборства и спортивных игр новые действия нужно начинать многократно. При этом начало и характер ответных движений определяются не каким-либо отдельным сигналом, а всей создавшейся ситуацией, т. е. совокупностью многих (в ряде случаев десятков и даже сотен) раздражителей.
При выполнении разных физических упражнений использование информации, получаемой из внутренней и внешней среды путем обратных связей, имеет специфические особенности. При медленном выполнении двигательных актов обратные связи способствуют корригированию данного движения или какой-либо его фазы. При сложных многофазных движениях, которые выполняются быстро (например, гимнастических), обратные связи играют меньшую роль в текущей коррекции в результате недостатка времени.
Наконец, при очень кратковременных движениях (в частности, баллистических - метаниях, бросках) обратные связи могут корригировать длительный акт только при его повторениях.
Программирование двигательного акта с учетом состояния исполнительных приборов. Интеграция таких факторов, как память, обстановочная и пусковая информация и функциональное состояние центральных и периферических исполнительных приборов, является основой для программирования сложных движений.
Экспериментальные исследования показали, что безусловные двигательные рефлексы могут полноценно осуществляться даже при отсутствии обратных связей. Прочно сформировавшиеся простые условнорефлекторные движения также могут выполняться при выключении обратных связей, осуществляемых двигательной сенсорной системой.
Следовательно, ранее хорошо закрепленные программы дают возможность осуществлять такие движения без сенсорной коррекции. Но образование в этих условиях новых движений чрезвычайно затруднено. Программы движений, характеризующихся высокой степенью сложности и точности (к ним принадлежат многие спортивные упражнения), без коррекции путем обратных связей полноценно осуществляться не могут.
Следовательно, программирование постоянно сменяющих друг друга фаз сложных движений требует обязательной сигнализации в ЦНС о состоянии двигательного аппарата и различных вегетативных систем.
Программирование движений по своей трудности в разных видах спорта неодинаково. Это связано, во-первых, со степенью сложности двигательного акта, во-вторых - со степенью его новизны, в-третьих с длительностью времени для программирования.
Если движение совершалось ранее многократно и навык уже хорошо освоен, то повторное программирование даже сложных двигательных актов (например, в гимнастике, при метаниях) совершается относительно легко. При новых же движениях, например в спортивных играх и единоборстве, процесс программирования более трудный. Это обусловлено необходимостью вследствие непрерывного изменения обстановки осуществлять программирование, как и афферентный синтез, в течение весьма короткого времени, а также каждый раз в каком-то новом варианте, поскольку движения, как правило, не являются стандартными .
Эффективность выполнения движений требует соответствия двигательной программы функциональным возможностям мышц и обеспечивающих их работу вегетативных органов. Рассогласование между программой и фактическим выполнением движения особенно усиливается при изменении состояния периферических исполнительных приборов (мышц, кардиореспираторной и других систем организма). Функциональные же возможности периферических органов, в частности мышц, постоянно изменяются.
Это требует своевременного поступления соответствующей информации в нервные центры. Только тогда нервная система может создать полно-Ценную программу, обеспечивающую эффективное выполнение двигательных задач.
В отдельных случаях недостаточная эффективность выполнения упражнений может быть обусловлена несоответствием программирования в ЦНС состоянию периферических аппаратов, в том числе мышц.
Лучшие результаты в таких упражнениях, как прыжки в высоту, прыжки с шестом, поднятие тяжестей, достигаются, как правило, не при первом, а при повторном их выполнении. Это отчасти связано с тем, что во время решения начальных, более легких задач (при меньшей высоте, меньшем весе) нервная система получает точную информацию о фактическом состоянии периферического мышечного аппарата.
Поэтому специальная разминка перед выполнением любых сложнокоординированных упражнений обеспечивает нервные центры дополнительной информацией о состоянии исполнительного двигательного аппарата.
Двигательная память
Нервные процессы, связанные, с одной стороны, с поступлением в ЦНС через сенсорные системы определенного комплекса афферентных импульсов, с другой же - с посылкой через эфферентные нервы специального комплекса импульсов к исполнительным органам, оставляют после себя следы (энграммы),
В этом хранилище наряду с другими видами информации содержатся- и сформированные путем обучения программы координированного управления мышцами, связанные с техникой выполнения различных физических упражнений.
Для выполнения физического упражнения важное значение имеет запоминание программ управления сокращением мышц. В таких программах учитываются непрерывно изменяющиеся пространственновременные отношения между различными нервными центрами, управляющими движениями.
Это обусловлено тем, что спортивные упражнения характеризуются неодновременным включением и выключением участвующих в деятельности мышц и различной степенью вовлечения в нее двигательных единиц.
Нервные процессы, связанные с памятью, включают несколько компонентов, каждый из которых имеет самостоятельное значение: 1) восприятие информации, поступающей из разных сенсорных систем; 2) переработку и синтез этой информации; 3) фиксацию (хранение) результатов переработки информации; 4) извлечение из памяти нужной информации и 5) программирование ответных реакций. В некоторых случаях у спортсменов извлечение из памяти нужной информации временно затрудняется (в частности, при сбивающих факторах и отрицательных эмоциях, нарушающих нормальную деятельность нервной системы).
Вследствие этого ухудшается выполнение физических упражнений. Различные параметры двигательного акта запоминаются и извлекаются из памяти неодинаково. В существенной мере это зависит от объема и специфики поступающей информации.
Например, силовое напряжение при статических усилиях воспроизводится с отклонениями от заданного на 15-25%, а при движении значительно точнее. Это обусловлено тем, что при статических усилиях импульсация по обратным связям приходит в ЦНС только от рецепторов мышц, а при движениях в протекании обратных связей принимают участие и рецепторы суставов, реагирующие на угловое смещение, что позволяет более точно определять степень напряжения мышц (В.
С. Фарфель). Достаточно хорошо в памяти сохраняются последовательность и временные параметры осуществления различных фаз двигательного акта.
Эффективность запоминания и последующая точность воспроизведения временных и пространственных параметров физических упражнений связаны со многими факторами: степенью, облученностью, сложностью двигательного акта, числом повторений движения на занятии, величиной интервалов между ними, длительностью перерывов между тренировками, эмоциональным состоянием и др.
Так, при пассивном и активном обучении простому движению - воспроизведению амплитуды движения по дуге в лучезапястном суставе - величина ошибки, значительно увеличивается в первые 6 часов после тренировки. Через 12 ч дальнейшее увеличение ошибки менее значительно (рис.
56, А).
При обучении сложным гимнастическим упражнениям после перерывов в 6, 12 и 24 ч процент успешных попыток увеличивается (рис. 56, Б).
Но спустя 48 ч выполнение упражнения значительно ухудшается. Это говорит о том, что ежедневная тренировка более эффективна, чем тренировка через день. При параллельном обучении на одном занятии двум гимнастическим упражнениям забываемость увеличивается, особенно в тех случаях, когда эти упражнения значительно отличаются Друг от друга (А.
В. Менхин).
В процессе обучения обязательным упражнениям в фигурном катании на коньках также было выявлено, что двигательная память при перерывах в занятиях в 1 день значительно лучше, чем в 2, 4 и 10 дней. Наибольшее улучшение точности наблюдалось при выполнении фигур тремя сериями по 5 попыток в каждой с интервалами между сериями в 3 мин (И.
В. Абсалямова).
Автоматизация движений
Совершенствование техники спортивных движений теснейшим образом связано с автоматизацией многих компонентов двигательного акта. т. е. с выполнением их без осознавания. В организме осуществляется большое число не всегда осознаваемых рефлекторных актов, возникающих непроизвольно. Это так называемые первичные автоматизмы, связанные с различными безусловнореф-лекторными реакциями, регулирующими вегетативные и некоторые двигательные функции (мигание, глотание и др.). Наряду с этим имеются и вторичные автоматизмы, т. е. реакции, которые ранее протекали с осознаванием и лишь потом получили возможность осуществляться автоматически.
К ним относятся, в частности, двигательные навыки. Сформировавшиеся двигательные навыки характеризуются хорошо закрепленными временными связями, и многие их компоненты могут осуществляться без осознавания, т. е. автоматизированно.
Рассматривая автоматизацию навыка, следует разграничивать осознавание общих сторон двигательного акта, связанных с перемещением крупных звеньев тела, и частных, касающихся положения мелких структурных элементов, работы отдельных мышц и их двигательных единиц, участвующих в движении. Деятельность мелких мышечных структур, как и отдельных функциональных моторных единиц или их небольших групп, обычно не осознается человеком. Без специальной тренировки не отражается в сфере сознания и деятельность многих отдельных мышц.
Хорошо осознаются движения только крупных звеньев и тела в целом. Весьма слабо отражаются в сознании вегетативные компоненты навыков.
В нервной системе процессы управления автоматизированными и неавтоматизированными компонентами движения тесно связаны друг с другом. При обучении и тренировке сознательный контроль за общим характером осуществления движений имеет весьма важное значение.
Сознательное формирование стоящих перед спортсменом задач, в частности связанных с общей структурой движений, положительно воздействует и на многие из тех автоматизированных процессов в нервных центрах, мышцах и вегетативных органах, которые совершенно не осознаются человеком.
