Двигательный навык: физиологическая основа, условия и фазы образования

Двигательная деятельность осуществляется под контролем коры больших полушарий и мозжечка.

В процессе жизнедеятельности человека формируются различные двигательные умения и навыки, составляющие основу его поведения.

Основу технического мастерства спортсменов составляют двига­тельные умения и навыки, формирующиеся в процессе тренировки и существенно влияющие на спортивный результат. Считают, что эф­фективность спортивной техники за счет навыка повышается в цик­лических видах спорта на 10-25%, а в ациклических — еще более.

Двигательные умения — способность на моторном уровне справляться с новыми задачами поведения. Спортсмену необходимо умение мгновенно оценивать возникшую ситуацию, быстро и эф­фективно перерабатывать поступающую информацию, выбирать в условиях дефицита времени адекватную реакцию и формировать наиболее результативные действия. Эти способности в наибольшей мере проявляются в спортивных играх и единоборствах, которые от­носят к ситуационным видам спорта. В тех же случаях, когда отраба­тываются одни и те же движения, которые в неизменном порядке повторяются на тренировках и во время соревнований (особенно в стандартных или стереотипных видах спорта), умения спортсменов закрепляются в виде специальных навыков.

Двигательные навыки — это освоенные и упроченные действия, которые могут осуществляться безучастия сознания (ав­томатически) и обеспечивают оптимальное решение двигательной задачи.

Двигательный навык относится к вторичным автоматизмам, так как на первых порах движения, составляющие его основу, осознаются. Двигательный навык рассматривается как способ управления и как произвольный акт, наиболее характерной чертой которого является автоматизм регуляторных влияний со стороны ЦНС.

Основные методы исследования двигательных навыков можно разделить на 2 группы:

1) описывающие внешнюю структуру движе­ний - методы кино-, фото-, видео-, телесъемки движений, тензометрия, динамометрия, гониометрия, циклография и пр.

       2) внутреннюю их структуру — электрофизиологические методы: электроэнце­фалография, электромиография, запись Н — рефлексов и активнос­ти двигательных единиц.

Комплексная оценка целостной структуры навыков осуществляется при одновременной регистрации биомеха­нических и физиологических показателей.

В понимание физиологических механизмов двигательных навы­ков особый вклад внесли отечественные физиологи — И. П. Павлов, В. М. Бехтерев, А. А. Ухтомский, П. К. Анохин, Н. А.Бернштейн, А. Н. Крестовников, Н. В. Зимкин, В. С. Фарфель и др.

Любые навыки — бытовые, профессиональные, спортивные — не являются врожденными движениями. Они приобретены в ходе ин­дивидуального развития. Возникая в результате подражания, услов­ных рефлексов или по речевой инструкции, двигательные акты осу­ществляются специальной функциональной системой нервных центров (АнохинП. К., 1975). Деятельность этой системы включает сле­дующие процессы:

- синтез афферентных раздражений (информации из внешней и внутренней среды),

- учет доминирующей мотивации (предпочтение действий),

- использование памятных следов (арсенала движений и изученных тактических комбинаций);

- формирование моторной программы и образа результата действий;

- внесение сенсор­ных коррекций в программу, если результат не достигнут.

Комплекс нейронов, обеспечивающих эти процессы, располагает­ся на различных этажах нервной системы, становясь доминантой, т. е. господствующим очагом в центральной нервной системе. Он подавля­ет деятельность посторонних нервных центров и, соответственно, лишних скелетных мышц (Ухтомский А. А., 1923). В результате дви­жения выполняются все более экономно, при включении лишь самых необходимых мышечных групп и лишь в те моменты, которые нуж­ны для его осуществления. Происходит экономизация энерготрат.

Порядок возбуждения в доминирующих нервных центрах зак­репляется в виде определенной системы условных и безусловных рефлексов и сопровождающих их вегетативных реакций, образуя двигательный динамический стереотип (Павлов И. П.; КрестовниковА.Н., 1954). Каждый предшествующий двигательный акт в этой системе запускает следующий. Это облегчает выполнение целостно­го упражнения и освобождает сознание человека от мелочного конт­роля за каждым его элементом.

Роль условно-рефлекторного механизма образования двигательных навыков доказывается, в частно­сти, тем, что выработанные навыки во многом угасают при переры­вах в тренировке (при отсутствии подкрепления).

Н. А. Бернштейн отмечал, что даже достаточно простые навыковые действия не являются полностью стереотипными. При много­кратных повторениях они могут различаться по амплитуде, скорости выполнения отдельных элементов и т. д. Как оказалось, еще больше они различаются по внутренней структуре. Многоканальная регист­рация ЭМГ различных мышц при выполнении спортивных упраж­нений показала, что в одних и тех же освоенных движениях значительно варьирует состав активных мышечных групп. Одни мышцы включаются в движения постоянно, а другие — лишь периодически. Варьируют длительность фаз, мышечные усилия, после­довательность включения мышц. Наличие вариаций позволяет отбирать оптимальные и отбрасывать неадекватные моторные программы, учитывать не только внешние изменения ситуации, но и со­кратительные возможности мышц. Вариативность особенно выра­жена в периоды врабатывания, перед отказом от работы и в восстано­вительном периоде.

Навыки циклических движений более стабильны по сравнению с ациклическими, так как в их основе лежат повторения одинаковых циклов. Циклические движения превращаются в навык при переходе от отдельных двигательных актов к последовательной их цепи — от от­дельных шагов к ходьбе и бегу, от начертания отдельных букв к письму и т. п. При этом к процессам коркового управления движе­ниями подключаются древние автоматизмы, так называемые цикло­идные движения, осуществляемые подкорковыми ядрами головного мозга.

Навыки в ситуационных видах спорта (спортивных играх, едино­борствах) отличаются наибольшей вариативностью. Стереотипы в этих видах спорта формируются лишь при овладении отдельными элементами техники (например, в штрафных бросках). Автоматиза­ция этих навыков позволяет быстрее включать их в новые движения. В стандартных видах спорта навыки более стереотипны. Их стабиль­ность повышается по мере роста спортивного мастерства. Нои здесь необходимо сохранение определенного уровня вариативности навы­ков для их адаптации к разным условиям выполнения.

Процесс обучения двигательному навыку начинается с опреде­ленного побуждения к действию, которое задается подкорковыми и корковыми мотивационными зонами. У человека это, главным обра­зом, стремление к удовлетворению определенной социальной по­требности (любовь к данному виду спорта, желание им заниматься, преуспеть в упражнении и пр.). Оптимальный уровень мотиваций и эмоций способствует успешному усвоению двигательной задачи и ее решению.

На первом этапе формирования двигательного навыка возникает замысел действия, осуществляемый ассоциативными зонами коры больших полушарий (переднелобными и нижнетеменными). Они формируют общий план осуществления движения. Вначале это лишь общее представление о двигательной задаче, которое возникает либо при показе движения другим лицом (педагогом, тренером или опыт­ным спортсменом), либо после словесной инструкции, самоинструк­ции, речевого описания. В сознании человека создается определенный эталон требуемого действия, «модель потребного будущего» (Бернштейн НА., 1966). Эту функцию П.К. Анохин назвал «опере­жающее отражение действительности».

Особое значение имеют в этом процессе восприятие и переработ­ка зрительной информации (при показе) и слуховой (при рассказе). Опытные спортсмены быстрее формируют зрительный образ движе­ния, так как у них лучше выражена поисковая функция глаза, и они способны эффективно выделять наиболее важные элементы. У них богаче кладовая «моторной памяти» — хранящиеся в ней образы ос­военных движений, быстрее происходит извлечение нужных мотор­ных следов.

На втором этапе обучения начинается непосредственное выпол­нение разучиваемого упражнения.

При этом отмечаются 3 стадии формирования двигательного навыка:

1) стадия генерализации (иррадиации возбуждения) - созданная модель становится основой для пере­вода внешнего образа во внутренние процессы формирования про­граммы собственных действий. Физиологические механизмы этого во многом неясны.

2) стадия концентрациии,

3) стадия стабилизации и автоматизации.

На первой стадии на ранних этапах онтогенеза, когда речевая регу­ляция движений (внешней речью постороннего лица или внутрен­ней собственной речью) еще не развита, особенное значение имеют процессы подражания, общие у человека и животных. Наблюдая за действиями другого лица и имея некоторый опыт управления свои­ми мышцами, ребенок превращает свои наблюдения в программы собственных движений. Эти процессы аналогичны процессам освое­ния речи, которую ребенок сначала слышит от окружающих людей, а затем преобразует в собственную моторную речь (по терминологии психолога Л. С. Выготского, это — явление интериоризации, т. е. превращение внешней речи во внутреннюю).

Некоторые особенности программирования отражаются в межцент­ральных взаимосвязях электрической активности мозга. Можно видеть, например, что при наблюдении за выполнением бега посторон­ним лицом в коре больших полушарий у человека появляются потен­циалы в темпе этого бега (своеобразная модель наблюдаемого движе­ния). Подобные изменения ритмов мозга и специфические перестрой­ки пространственной синхронизации корковых потенциалов набл из­даются также при представлении и при мысленном выполнении движений. При этом пространственные взаимосвязи мозговой актив­ности начинают отличаться от состояния покоя и приближаться к та­ковым при реальном выполнении работы.

В процессах программирования используются имеющиеся у че­ловека представления о «схеме тела», без которых невозможна пра­вильная адресация моторных команд к скелетным мышцам в разных частях тела, и о «схеме пространства», обеспечивающие простран­ственную организацию движений. Нейроны, связанные с этими функциями, находятся в нижнетеменной ассоциативной области задних отделов коры больших полушарий. Организация движений во времени, оценка ситуации, построение последовательности дви­гательных актов, их сознательная целенаправленность осуществля­ются переднелобной ассоциативной корой. Только в ней имеются специальные нейроны кратковременной памяти, которые удержива­ют созданную программу от момента прихода в кору внешнего пус­кового сигнала (или от момента самоприказа) до момента осуществ­ления моторной команды.

Соответственно этому во время реальной работы можно видеть особую специфику мозговой активности, отражающую характерные черты двигательных программ (рис. 32). Так, у бегунов и конькобеж­цев как при воображаемом, так и при реальном выполнении бега по дорожке или на коньках, устанавливается сходство (пространствен­ная синхронизация) потенциалов передне-лобной (программирую­щей) области с моторными центрами ног, а у гимнастов при представ­лении и выполнении стойки на кистях — с моторными центрами рук. При стрельбе, бросках мяча в баскетбольное кольцо возникает сход­ство активности зрительных, нижнетеменных зон (ответственных за пространственную ориентацию движений) и моторных зон коры, что обеспечивает точность глазо-двигательных реакций. В процессе фехтования к этим зонам подключаются передне-лобные области, связанные с вероятностной оценкой текущей и будущей ситуации.

В создании моторных программ принимают участие многие ней­роны коры, мозжечка, таламуса, подкорковых ядер и ствола мозга. Обширное вовлечение множества мозговых элементов необходимо для поиска наиболее нужных из них. Этот процесс обеспечивается широкой иррадиацией возбуждения по различным зонам мозга и сопро­вождается обобщенным характером периферических реакций — их генерализацией. В силу этого первая стадия начинающихся попыток выполнить задуманное движение называется стадией генерализации. Она характеризуется напряжением большого числа активированных скелетных мышц, их продолжительным сокращением, одновременным вовлечением в движения мышц-антагонистов, отсутствием ин­тервалов в ЭМ Г во время расслабления мышц (рис. 33). Все это нарушает координацию движений, делает их закрепощенными, приводит к значительным энерготратам и, соответственно, излишне выражен­ным вегетативным реакциям. На этой стадии наблюдаются особен­ное учащение дыхания и сердцебиения, подъем артериального давле­ния, резкие изменение состава крови, заметное повышение темпера­туры тела и потоотделения. Однако нет достаточной согласованности этих сдвигов между собой и их соответствия мощности и характеру работы.

Массированный поток афферентных импульсов от проприорецепторов многих мышц затрудняет отделение основных рабочих мы­шечных групп от посторонних. Анализ «темного» мышечного чув­ства еще более осложняется обильным притоком интероцептивных сигналов — в первую очередь, от рецепторов дыхательной и сердеч­но-сосудистой систем. Требуются многократные повторения разу­чиваемого упражнения для постепенного совершенствования мотор­ной программы и приближения ее к заданному эталону.

На второй стадии формирования двигательного навыка проис­ходит концентрация возбуждения в необходимых для его осуществ­ления корковых зонах. В посторонних же зонах коры активность подавляется одним из видов условного внутреннего торможения — дифференцировочным торможением. В коре и подкорковых струк­турах создается мозаика из возбужденных и заторможенных ней­ронных объединений, что обеспечивает координированное выпол­нение двигательного акта. Включаются лишь необходимые мы­шечные группы и только в нужные моменты движения, что можно видеть на записях ЭМГ. В результате рабочие энерготраты снижа­ются.

Навык на этой стадии уже сформирован, но он еще очень непро­чен и нарушается при любых новых раздражениях (выступление на незнакомом поле, появление сильного соперника и т. д.). Эти воз­действия разрушают неокрепшую еще рабочую доминанту, едва установившиеся межцентральные взаимосвязи в мозгу вновь приво­дят к иррадиации возбуждения и потере координации.

На третьей стадии в результате многократного повторения на­выка в разнообразных условиях помехоустойчивость рабочей доминанты повышается. Появляется стабильность и надежность навыка, снижается сознательный контроль за его элементами, т. е. возникает автоматизация навыка. Прочность рабочей доминанты поддерживается четкой сонастройкой ее нейронов на общий ритм корковой активности. Такое явление было названо А. А. Ухтомским усвоением ритма. При циклической работе ритм корковой активно­сти соответствуеттемпу выполняемого движения: в ЭЭГпоявляются потенциалы, соответствующие этому темпу «меченыеритмы» ЭЭТ— рис. 34 (Сологуб Е. Б., 1965). Внешние раздражения на этой стадии лишь подкрепляют рабочую доминанту, не разрушая ее. Большая же часть посторонних афферентных потоков не пропускается в спинной и головной мозг: специальные команды из вышележащих центров вызывают пресинаптическое торможение импульсов от периферических рецепторов, препятствуя их доступу в спинной мозг и мированных программ от случайных влияний и повышается надеж­ность навыков.

Процесс автоматизации не означает выключения коркового конт­роля за выполнением движения. В коре работающего человека отмеча­ется появление связанных с движением потенциалов, специфичес­кие формы межцентральных взаимосвязей активности. Однако в этой системе центров по мере автоматизации снижается участие лоб­ных ассоциативных отделов коры, что, по-видимому, и отражает снижение его осознаваемости.