Aktywność mięśni szkieletowych 2008/2009 – 10
Tytus Sosnowski
WPROWADZENIEDO PSYCHOFIZJOLOGII
Aktywność mięśni szkieletowych
MIESNIE SZKIELETOWE
Trzy rodzaje mięśni
· Mięśnie szkieletowe
· Mięsień sercowy
· Mięśnie gładkie (np. w ścianach naczyń krwionośnych);
Tylko mięśnie szkieletowe podlegają (częściowej) kontroli wolicjonalnej.
Człowiek ma około 450 mięśni. Ich masa stanowi ok. 40-50% masy ciała młodego, sprawnego fizycznie człowieka
Elektromiografia (EMG) – pomiar aktywności (potencjału elektrycznego) mięśni szkieletowych.
Neuronalna kontrola mięśni
· Każdy mięsień unerwiony jest przez jeden nerw.
· Każdy nerw ruchowy (motoryczny) składa się z wielu neuronów (motoneuronów) a każdy akson motoneuronu dzieli się na wiele gałązek (fibrils).
· Każda gałązka łączy się synapsą (motor plate, end plate) z jedną komórką mięśniową (włóknem mięśniowym) (mediator – acetylocholina).
· JEDNostka motoryczna (motor unit) = grupa komórek mięśniowych (tego samego typu) unerwionych przez ten sam motoneuron. Aktywacja motoneuronu oznacza aktywację całej jednostki motorycznej. Mniejsze jednostki motoryczne składają się z mniejszej liczby włókien mięśniowych i włókien o mniejszym przekroju
* mięśnie oka – około 10:1 * mięśnie posturalne – około 3000 : 1
REGULACJA SIŁY MIĘŚNIA
· Zasada “wszystko albo nic” – jednostka motoryczna reaguje z pełną siłą albo wcale.
1. REKRUTACJA JEDNOSTEK MOTORYCZNYCH
Najpierw rekrutowane są motoneurony najcieńsze, potem grusze; najgrubsze (zużywające najwięcej energii) – tylko w przypadku ekstremalnego wysiłku fizycznego.
Normalnie ma miejsce asynchronizacja aktywności jednostek motorycznych co zapewnia płynną pracę mięśnia. Jednoczesne pobudzenie wszystkich jednostek motorycznych ® drżenie mięśnia.
Uczenie motoryczne prowadzi do hamowania mięśni które nie są niezbędne dla wykonania ruchu.
2. Szybkość SKURCZu MIESNIA
Szybkość skurczu mięśnia pozostaje w odwrotnej zależności do jego obciążenia (maksymalna szybkość mięśnia przy zerowym obciążeniu).
Klasyfikacja skurczow miesni
· Izotoniczny: skrócenie długości mięśnia bez zmiany jego napięcia
· Izometryczny: wzrost napięcia bez zmiany długości
· Zazwyczaj praca mięśnia polega skróceniu jego długości i wzroście napięcia. Niekiedy jednak (gdy obciążenie jest większe niż napięcie mięśnia, np. przy schodzeniu ze schodów) może mieć miejsce jednoczesny wzrost napięcia i długości mięśnia (lengthening contraction).
W warunkach naturalnych skurcze mięśniowe mają najczęściej charakter mieszany.
Rodzaje wŁÓkien miĘŚniowych
· Typ I – (czerwone), o przewadze metabolizmu tlenowego, powolne ale odporne na zmęczenie
· Typ IIa (białe), o przewadze metabolizmu beztlenowego, szybkie ale mało odporne na zmęczenie
· Typ IIb (pośrednie), o przewadze metabolizmu tlenowego, szybkie o umiarkowanej odporności na zmęczenie
WYSIŁEK MIĘŚNIOWY AerobicZNY I anaerobicZNY
· wysiłek anaerobiczny (przewaga metabolizmu beztlenowego) – podczas intensywnego wysiłku oraz w początkowej fazie pracy mięśniowej
· wysiłek aerobiczny (przewaga metabolizmu tlenowego) – podczas lekkiego i umiarkowanego wysiłku, oraz podczas przedłużonej pracy mięśniowej
ELECTROMIOGRAFIA (EMG)
Elektrody igłowe (pojedyncze włókno lub jednostka motoryczna) lub powierzchniowe (pomiar z wielu jednostek motorycznych jednocześnie). W psychofizjologii używa się zazwyczaj elektrod powierzchniowych
Ważne jest umiejscowienie elektrod (definicja mięśni) aby być pewnym że monitorowany jest właściwy mięsień.
Surowy sygnał EMG jest trudny do rejestracji ze względu na wysoką częstotliwość (może przekraczać 2000 Hz). Zazwyczaj rejestruje się tzw. sygnał zintegrowany (integrated EMG – IEMG).
Etapy analizy sygnału EMG
(1) filtrowanie (np. 10-1000 Hz)
(2) prostowanie (omijanie “znaku”)
(3) wygładzanie (stała czasowa, np. 20ms; “contour follower”)
(4) próbkowanie (sampling) (np. 100 próbek na sekundę)
(5) sumowanie lub uśrednianie wartości sygnału dla wybranego odcinka czasowego
ZASTOSOWANIE ELEKTROMIOGRAFII
W PSYCHOLOGII
Obserwowalne zachowanie » aktywność mięśni i gruczołów
EMG czy obserwacja zachowania molarnego
· Niektóre procesy psychiczne (np. mowa bezgłośna, procesy emocjonalne) mogą nie ujawniać się w zewnętrznym zachowaniu.
· Niektóre procesy psychiczne mogą być trudne do precyzyjnej oceny na podstawie obserwacji, natomiast mogą być rejestrowane i analizowane ilościowo dzięki technice EMG (np. ekspresja emocjonalna twarzy).
· W niektórych badaniach (np. badania EEG, biofeedback) sygnał EMG może być źródłem artefaktów.
· Wolicjonalna kontrola nad mięśniami (np. mimika twarzy) – może kolidować z manipulacją eksperymentalną
EMG a MOWA BEZGŁOŚNA
Napięcie mięśni związanych z mową (gardło, podbródek, język, usta, czoło) wzrasta w czasie mowy bezgłośnej, tj. wykonywania takich czynności, jak:
– ciche czytania,
– zapamiętywanie tekstów,
– słuchanie tekstów,
– słuchanie muzyki,
Napięcie mięśni mowy jest większe w przypadku:
- osób gorzej czytających;
- trudnych tekstów;
- tekstów trudno czytelnych.
Mowa bezgłośna nie jest zazwyczaj konieczna dla sprawnego przebiegu procesów językowych.
Hipoteza: mowa bezgłośna to powtarzanie (rehearsal) treści językowych (na wejściu lub na wyjściu) dzięki czemu są one lepiej (dłużej) dostępne analizie.
WYOBRAŻONA AKTYWNOŚĆ MOTORYCZNA
Dane empiryczne
(1) Wyobrażenia ruchowe powodują wzrost napięcia mięśni szkieletowych (tych które byłyby używane w czasie ruchu rzeczywistego).
Pierwsze , pionierskie badania – Jacobson (1925-1932).
Osoby badane były proszone o zrelaksowanie a następnie o wyobrażanie sobie różnych działań. Zaobserwowano wzrost napięcia odpowiednich mięśni. np.
– podnoszenie ciężarów, pompowanie opony, pisanie listu, ® mięśnie ręki
– zadania językowe ® mięśnie mowy
– wyobrażanie wieży Eiffel’a ® pionowe ruchy oczu
Show (1940) prosił badanych o wyobrażanie sobie unoszenia ciężarów: napięcie mięśni było proporcjonalne do wielkości wyobrażanego ciężaru.
(2) Wyobrażone i rzeczywiste czynności motoryczne mają podobną charakterystykę czasową
· Decety & Michael (1999) prosili osoby niewidome o wyobrażenie i wykonanie spaceru długości 5, 10, i 15 m. – Czas wykonania obu marszów był niemal identyczny
– Obciążenie ciężarem 25 kg ® czas marszu wyobrażonego dłuższy niż czas marszu rzeczywistego.
· Dominey (1995): osoby chore na chorobę Parkinsona
– wykonywali wolniej zarówno rzeczywiste jak i wyobrażone zadania ruchowe ruchy (ruchy palca)
– wykazywali większe zwolnienie w zadaniach wymagających obrotu ręki niż w zadaniach wymagających obrotu prezentowanych liter
(3) Czynnościom rzeczywistym i wyobrażanym towarzyszą podobne zmiany autonomiczne.
· Decety (1993): Wyobrażony wysiłek fizyczny wywołuje podobny wzrost oddychania i częstości skurczów serca jak wysiłek rzeczywisty (pedałowanie na rowerze) mimo braku wzrostu zużycia tlenu. Wskazuje to, że zmiany wegetatywne, towarzyszące wysiłkowi wyobrażonemu, nie są następstwem wzrostu wydatku energii ale są sterowane centralnie.
· Lang (1979): Wyobrażenie działania powoduje większy wzrost pobudzenia somatycznego i autonomicznego niż wyobrażenie sytuacji.
(4 ) Rzeczywiste i wyobrażone czynności ruchowe angażują podobne struktury mózgu, zwłaszcza korę przedruchową i tylną część płata ciemieniowego. Nie jest natomiast jasna rola jaką odgrywa w czynnościach wyobrażonych pierwszorzędowa kora ruchowa (Jeannerod, 2006).
(5) Jeannerod (1997): Wyobrażenia motoryczne są trudniej przekładalne na kod językowy niż wyobrażenia wizualne (przykład: wyjaśnij słownie vs. zademonstruj ruchowo jak się wiąże węzeł żeglarski).
(6) Badania nad czynnościami wyobrażonymi znalazły praktyczne zastosowanie w sporcie jako tzw. trening mentalny (mental training, por. Hall, 2001). Trening mentalny wykorzystuje się w sporcie wyczynowym do nauczania i doskonalenia technik sportowych, ale także w celu:
- regulacji poziomu pobudzenia,
- zmiany motywacji,
- zmiany poczucia własnej skuteczności (self-efficacy)
KONTROLA CZYNNOŚCI MOTORYCZNYCH
v informacje zwrotne z obwodu (mięśni, stawów, ścięgien)
v plany motoryczne (reprezentacja poznawcza czynności ruchowych).
Plany motoryczne mają hierarchiczną strukturę (por. Requin).
– poziom semantyczny: cel działania
– poziom czynności motorycznych
– poziom jednostek motorycznych
Poszczególne komponenty planu motorycznego mają inną reprezentację korową.
kontrola WYOBRAŻONEJ
AKTYWNOŚCI MOTORYCZNEJ
Według Jeannerod (2006), podstawą generowania celowej (rzeczywistej i wyobrażonej) czynności motorycznej jest jej reprezentacja poznawcza (plan motoryczny). Czynności motoryczne są realizacją tych planów. Plany te nie są jednak sztywne ale są modyfikowane on line (tzn. w czasie wykonywania samej czynności ruchowej) aby dostosować parametry ruchu do zmieniających się warunków. Wyjątkiem są tylko niektóre rodzaje bardzo szybkich, automatycznych ruchów (np. ruchy skokowe oczu) które są „preprogramowane”, tzn. zaprogramowane w całości jeszcze przed zainicjowaniem ruchu i potem już niekorygowalne.
W wypadku czynności wyobrażonych blokowane są komendy wykonawcze do mięśni – nie całkowicie jednak, bo obserwuje się zmiany napięcia mięśniowego i, towarzyszące im, zmiany wegetatywne (np. czynności serca, oddechu, itp.).
Również obserwacja czyjegoś zachowania powoduje powstanie reprezentacji poznawczej obserwowanej czynności. Mechanizm ten jest podstawą rozumienia czynności drugiej osoby (w tym – intencji tych czynności), rozumienia interakcji społecznych a także uczenia się czynności ruchowych przez obserwację i naśladowanie (np. nauka tańca, gry na instrumencie, technik sportowych). Badania neuronów lustrzanych dostarczają danych potwierdzających koncepcję Jeanneroda.
Badania dotyczące opisanej wyżej problematyki nazwano psychologią poznawczą procesów motorycznych (motor cognition).
...
bioeco