Ловкость и технология формирования техники двигательного действия

1.2 Решение двигательных задач на уровнях управления в нервной системе человека

Эволюционный подход к изучению движений у позвоночных, позволил Николаю Александровичу Бернштейну (1896—1966) сформулировать основные положения многоуровневого построения движений. Всего Н. А. Бернштейн выделил пять уровней: А, В, С, Д, Е [20; 21; 22; 23; 24]. В большинстве случаев описания уровней построения движений у различных исследователей выглядят примерно следующим образом.

Уровень А – это самый низкий и филогенетически самый древний, его ещё называют уровнем палеокинетических регуляций. Он ответственен за тонус мышц и работает с нервными клетками спинного мозга, заведует очень важным аспектом любого движения. Таким образом, он участвует в организации любого движения совместно с другими уровнями.

Уровень В – таламо-паллидарнный уровень, иными словами, уровень синергии (синергия – согласованная работа группы мышц). Он работает без привлечения сознания. На этом уровне перерабатываются, в основном, сигналы от мышечно-суставных рецепторов, которые сообщают о взаимном положении и движении частей тела. Этот уровень, оторван от внешнего пространства, но зато очень хорошо «осведомлён» о том, что делается «в пространстве тела».

Уровень С – пирамидно-стриальный уровень или уровень пространственного поля. На данном уровне строятся движения, которые приспособлены к пространственным свойствам объектов – к их форме, положению, длине, весу и пр. К ним можно отнести все движения, связанные с перемещением: упражнения на гимнастических снарядах, движения рук пианиста или машинистки, баллистические движения, движения прицеливания, целевые броски и др., т.е. двигательные способности человека этого уровня связаны с его перемещениями и позами в пространстве и своими названиями жёстко привязаны к системе координат X,Y,Z: способности к ходьбе, бегу, прыжкам, размахиваниям телом или частями тела на снарядах, к самим снарядам, к границам площадки, инструмента и т. д. т.п.

Уровень С в свою очередь разделяется на подуровни С1 и С2: С1 – принадлежит к экстрапирамидной форме: стриальный; С2 – кортикальный уровень: пирамидный.

Уровень D – уровень предметных действий, он же теменно-премоторный уровень. Рассматриваемый уровень ответственен за организацию действий с предметами. Примечательно, что этот уровень принадлежит только человеку. Особенностью этого уровня является то, что он сообразуется с логикой предмета, то есть это уже не отдельно взятое движение, а двигательное действие, где фиксируется предметный результат. Двигательные способности данного уровня тесно связаны с характеристикой материи – временем. Движения человека, которые могут быть объединены каким-либо смыслом (целью), всегда выполняются с учётом течения времени в пространстве ради достижения результата. Результат управления данного уровня связывается с конечным результатом, например, способен человек построить дом (жилище, дачу, корт и т.д.) или нет, применительно к сфере спорта – способен ли спортсмен достигать результат (необходимый для него, поставленный ему и т.п.) или нет и т. д.

Уровень Е – группа высших кортикальных уровней символических координаций, самый высокий уровень интеллектуальных двигательных актов. Движения этого уровня определяются не предметным, а отвлечённым, вербальным смыслом (письма, речи и т.п.). Двигательные способности человека данного уровня определяются его способностями к письму, произношению, грамотной речи изложения своих мыслей, способностями к языкам, к искусствам. Результат управления данного уровня выражается в способности донесения своей информации людям через комбинации, например, ощущений по каналам восприятия материальной действительности с помощью слова, живописи, музыки, скульптуры и архитектуры.

Движение управляется на том нервном уровне, на котором возможна реализация решающих коррекций. Данный уровень и является ведущим. Чем выше уровень в системе управления, тем выше степень произвольности движения [162; 209; 322; 369].

Примерно такое краткое изложение концепции построения движений Н. А. Бернштейна не позволяет сконцентрироваться на определении ловкости, которое дал Николай Александрович. В частности, в нем обозначаются термины «двигательные способности» и «двигательные задачи» [21]. Поэтому при анализе уровней управления движениями следует обратить свое исследовательское внимание на решаемые ими двигательные задачи.

1.2.1 Двигательные задачи руброспинального и таламо-паллидарного уровня управления движениями

Уровень А – эволюционно наиболее древний и созревающий раньше других руброспинальный уровень. Уровень А – уровень тонуса и осанки, обеспечивает тонус мышц, и по грубой схеме «разделения власти» на территории тела, этот уровень контролирует мышцы туловища и опоры – позвоночника (контролирует осанку человека), и участвует в обеспечении любых движений совместно с другими уровнями. Конечно же, такое разделение упрощённое, но, по сути, она (схема) остаётся именно таковой.

Древние центры управления движениями уровня А анатомически включают в себя: ретикулярную формацию среднего мозга, в стволе головного мозга группу клеточных ядер – красного ядра, ядро Даркшевича, Люисово тело, гипоталамус, ядро Дейтерса, и мозжечок. Все перечисленные структуры ответственны за тонус мышц, бессознательные автоматические движения и принадлежат к экстрапирамидной системе [222].

Экстрапирамидная система (лат.: extra – вне, снаружи, в стороне + pyramis, греч.: πϋραμίς – пирамида) – совокупность структур (образований) головного мозга, участвующих в управлении движениями, поддержании мышечного тонуса и позы минуя кортикоспинальную (пирамидную) систему [338].

Клеточные ядра руброспинального уровня и мозжечок входят в состав симпатической нервной системы. Основное назначение симпатической нервной системы – это мобилизация всех наличных энергетических, пластических и прочих резервов на борьбу с неблагоприятным фактором. Активизация симпатической нервной системы резко стимулирует окислительно-восстановительные реакции, распад гликогеновых запасов и утилизацию жиров. При экстремальных физических нагрузках именно симпатическая нервная система обеспечивает энергию, необходимую для мышечного сокращения. Если мышца даже до предела утомлена, то электрическая стимуляция симпатических веточек, иннервирующих мышцу, восстанавливает её работоспособность. Именно симпатический отдел вегетативной нервной системы обеспечивает утилизацию молочной кислоты в печени, что позволяет организму бороться с утомлением [300, с. 46—48; 318, с. 80—81].

Нарушение развития и функционирования у человека руброспинального уровня управления движениями приводит к нарушениям равновесия, расстройству мышечного тонуса, координации силы, величины и скорости мышечных сокращений, появлению тремора при выполнении произвольных движений, к быстрой утомляемости, нарушениям осанки. Дается описание, что двигательные проявления уровня А в основной своей части находятся на бессознательном уровне, вне нашего сознания.

Руброспинальный уровень, анатомически включает в себя гипоталамус, который управляет всеми основными гомеостатическими процессами. Гипоталамус – небольшая область в промежуточном мозге, включающая в себя большое число групп клеток (свыше 30 ядер), которые регулируют нейроэндокринную деятельность мозга и гомеостаз организма.

Центры управления движениями уровня А воспринимают сигналы от проприорецепторов, от чувствительных рецепторов, сигнализирующих гипоталамус об изменениях внутренней среды в мышцах, и тем самым данный уровень нервной системы регулирует энергетический и водный баланс в мышцах, контролирует вязкость мышц. Ещё в 1967 году Г. В. Васюков, а позже В. М. Зациорский и А. С. Аурин показали, что при сильном возбуждении мышцы ее вязкость резко снижается [43; 140]. Вязкость обусловлена наличием в мышце внутреннего трения и проявляется тем, что при равной нагрузке разгружаемая мышца имеет несколько большую длину, чем нагружаемая.

В 1969 году издательство «Наука» г. Ленинграда выпустило книгу под редакцией К. М. Смирнова «Физиология мышечной деятельности труда и спорта», в котором, в частности, даётся описание изменения механических свойств мышечной ткани: «Механические свойства мышцы в значительной мере зависят от ее функционального состояния. Так, например, при утомлении происходит значительное возрастание вязкости. В особенности велика зависимость растяжимости и возврата к исходному состоянию от содержания в мышце АТФ. При снижении ее запасов мышца становится менее растяжимой, ригидной… Пластическое воздействие проявляется и на возбуждённой мышце: после сокращения она в некоторых случаях расслабляется не полностью» [320].

Принято считать, что мышечный тонус – это остаточное напряжение мышц во время их расслабления или как сопротивление пассивным движениям при произвольном расслаблении мышц («произвольной денервации»), т.е. это минимальное напряжение в мышце, находящейся в состоянии покоя

Изменение биомеханического свойства мышц «вязкость» приводит к изменению тонуса скелетных мышц. В медицине считают, что тонус мышц зависит от таких факторов, как эластичность мышечной ткани, состояния нервно-мышечного синапса, периферического нерва, альфа- и гамма-мотонейронов и интернейронов спинного мозга, а также супраспинальных влияний со стороны корковых моторных центров, базальных ганглиев, облегчающих и ингибиторных систем среднего мозга, ретикулярной формации ствола мозга, мозжечка и вестибулярного аппарата. Тонус является, таким образом, рефлекторным феноменом, который обеспечивается как афферентными, так и эфферентными компонентами. Мышечный тонус имеет и непроизвольный компонент регуляции, принимающий участие в постуральных реакциях, физиологических синкинезиях и координации движений [232]. Тонус скелетных мышц играет важную роль для поддержания определённого положения тела в пространстве, сохранения равновесия и упругости мышц [20, с. 92]. Уровень А отвечает за своевременное напряжение и релаксацию мышц. Точность включения скелетных мышц при осуществлении разного рода движений определяется изменением его тонуса.

Внешним выражением тонуса является определённая степень вязкоупругих свойств мышц. Тонус мышц обусловлен непрерывно поступающими нервными импульсами из мотонейронов спинного мозга для выполнения уровнем А своей координационной функции. Основой деятельности руброспинального уровня построения движений является контроль физиологического и биохимического состояния внутренней среды самой мышцы и контроль существующей в каждый момент времени ее длины. Как указывал сам Бернштейн Н. А., центральная нервная система не может сама контролировать длину мышцы, ее задача создать необходимые механические усилия в результате решения уравнения с двумя значениями переменных – состояния мышцы и ее длины [20, с. 93].

Что понимается под понятием «мышечный тонус» самим Н. А. Бернштейном (1947)? Он даёт такое определение: «Мы будем в дальнейшем изложении понимать под мышечным тонусом палеокинетический модус работы поперечно-полосатой мышцы, взятый в его целом, т.е. включающий в себя не только смещения механических параметров мышцы, но и все сдвиги, неразрывно связанные с этими смещениями согласно правилу параллелизма». Далее следуют пояснения: «С этой точки зрения тонус мышцы есть отнюдь не только наличное состояние упругости и вязкости мышечной ткани и изменения этого состояния, но и вся совокупность явлений гибкого и пластичного реагирования возбудимости мышечного массива в условиях работы целостного организма. Тонус есть текущее состояние подготовленности нервно-мышечной периферии к избирательному принятию эффекторного процесса и к его реализации. Сюда отходят, таким образом, и самостоятельные тонические сокращения, и расслабления скелетных мышц, и механический фон совокупности коэффициентов упругости и возбудимости, на котором протекают активные неокинетические тетанусы, и, наконец, вся совокупность явлений предварительной установки нервно-мышечной периферии на имеющую прибыть к ней эффекторную импульсацию» [22, с. 87—88].

Таким образом, на основании утверждений Н. А. Бернштейна и собственного анализа, мы можем характеризовать мышечный тонус как всю мышечную подготовленность скелетных мышц в условиях работы целостного организма. Принятое сегодня «узкое» понимание мышечного тонуса как меры механического определения упругости и вязкости мышечной ткани, должно быть расширено.

Итак, исходя из определения и его пояснительной части, выделим основные признаки, на которые следует ещё раз обратить внимание.

Во-первых, мышечный тонус – это наследство от филогенетического развития биологических существ. Тоническое состояние мышечной ткани контролируется гипоталамусом, а это управление основных гомеостатических процессов в организме, в частности, в скелетной мускулатуре контроль над энергетическим и водным балансом.

Во-вторых, мышечный тонус необходим человеку (позвоночным) для предоставления, нового по развитию нервной системы способа управления движениями (неокинетического), площадки для производства процессов сокращения и релаксации скелетных мышц, материальное состояние которой в свою очередь зависит от произведённой ранее работы.

В-третьих, мышечный тонус отражает механические свойства мышечной ткани всего организма – вязкость и упругость, показатели которых устанавливают тоническую возбудимость всей скелетной мускулатуры и являются всего лишь частью всего комплекса явлений.

В-четвёртых, мышечный тонус – это предварительная установка нервно-мышечной периферии, его подготовленность к выполнению команд от двигательных центров нервной системы.

Если подвести промежуточный итог, то на руброспинальном уровне управления движениями решается двигательная задача по приспособлению мышечной ткани к необходимым напряжениям и релаксациям.

Уровень «В» – второй по иерархическому порядку уровень построения движений, это уровень синергий и штампов. Своему названию «таламо-паллидарный» уровень он обязан анатомическим субстратам – это две пары крупных в головном мозгу подкорковых ядер: зрительных бугров (thalami optici) и бледные ядра (globi pallid, pallida). Первая пара обеспечивает афферентацию собственного тела, кроме рецепторов слуха и зрения, а вторая обеспечивает эффекторные пути нервной системы.

Таламус (thalamus opticus – зрительный бугор) – это отдел промежуточного мозга, управляющий потоками сенсорного возбуждения. Ядра таламуса делятся на специфические и неспецифические. Специфические. Делятся на переключательные и ассоциативные.

Переключательные. Осуществляют переключение потока сенсорного возбуждения от низших нервных центров спинного мозга и ствола в сенсорные зоны коры. В них предварительно происходит перекодирование и обработка полученного сенсорного возбуждения. К переключательным ядрам относят:

– вентральное переднее, ядра, которого выполняют регуляцию движений;

– вентральное заднее. Переключают соматосенсорную афферентную информацию: тактильную, проприоцептивную, вкусовую, висцеральную, частично температурную, болевую;

– латеральное коленчатое тело. В них происходит переключение зрительной информации в затылочную область коры;

– медиальное коленчатое тело. Переключение слуховой информации в височную кору задней части сильвиевой борозды (извилины Гешля).

Ассоциативные. Получают афферентные сигналы от переключающих ядер и направляют в ассоциативные зоны коры. Главная функция – интеграция деятельности таламических ядер и ассоциативных зон коры, т. к. эти зоны посылают сигналы к ассоциативным ядрам.

Неспецифические ядра. Афферентные сигналы получают от других ядер таламуса по коллатералям всех сенсорных путей: от моторных центров ствола мозга, ядер мозжечка, базальных ганглиев, гиппокампа, от лобных долей. Эфферентные выходы – на другие ядра таламуса, кору больших полушарий, к другим структурам мозга. На кору оказывают модулирующее влияние, активируя ее, обеспечивают внимание [283].

У человека это уровень внутренних ощущений тела, выше – ещё три ведущих кортикальных уровня, которые обеспечивают приспособление к внешнему миру и внешним предметам. По двигательному богатству он, несомненно, превосходит высшие уровни. По выражению Н. А. Бернштейна, этот уровень «берет на себя всю внутреннюю черновую технику сложного движения» – давление, температура, суставные углы, степень растяжения мышц и связок и их напряжение, внутреннее ощущение тела в пространстве, согласованность работы групп мышц (синергия), ощущения прикосновений, трений, боли – все это контролируется данным уровнем головного мозга и выражается в так называемых индивидуальных двигательных штампах, узорах, стандартных двигательных схемах и т. д. По меткому выражению Н. А. Бернштейна «уровень В – это уровень проприомоторных двигательных проявлений тела» [20, с. 104].

К таламо-паллидарной системе управления движениями Н. А. Бернштейн отнёс три важнейших координационных качеств, которые обеспечивают точную согласованность сложных движений, охватывающих все конечности и туловище (например, ходьба, бег, плавание, танцы, гимнастические упражнения и другие) [20, с. 146—147]:

1 – способность к обширным мышечным синергиям. Синергии – содружественные движения или их компоненты, направленные к совместному разрешению определённой двигательной задачи [22, с. 161];

2 – стройно и налажено вести движение во времени, правильные чередования движений, включая перекрёстные, обеспечивать общий ритм движений;

3 – наклонность к штампам, к чёткой повторяемости движений.

Для таламо-паллидарного уровня управления движениями пока можно обозначить двигательные задачи по согласованию различных мышечных групп между собой, а также решение задачи, которая обеспечивает общий ритм движения. Ритм – это временная мера соотношений длительности отдельных движений в целостном действии, т.е. это прямое указание на «включения и выключения» необходимых для движения скелетных мышц в необходимый момент времени для целостного действия.

Общим для двигательных способностей человека субкортикальных уровней системы управления движениями является тот факт, что они решают двигательные задачи относительно тела человека (направленность во внутрь) и успешность их решения обеспечивает результативность управления движениями во внешнем пространстве и времени.

1.3. Модель результатов решений двигательных задач в концепции моторно- функциональных качеств В. Б. Коренберга

Концепция моторно-функциональных качеств была разработана В. Б. Коренбергом в качестве альтернативы теории физических качеств человека из-за наличия в ней множества внутренних противоречий. По мнению В. Б. Коренберга (2005) [165, с. 44] следует пересмотреть и уточнить некоторые понятия теории активности из-за их нечёткости, «мутности», недостаточно разграниченного ряда основополагающих понятий, существующих в спортивной педагогике. К таким понятиям относятся: двигательные задатки – двигательные способности – двигательные возможности – двигательные проявления. Данные понятия и легли в основу концепции моторно-функциональных качеств человека.

В своей концепции моторно-функциональных качеств человека В. Б. Коренберг (2005) разграничивает качества на четыре группы: соматические, соматомоторные, психосоматомоторные, психомоторные [166, с. 304—305]. Нахождение точных соотношений качеств в цепочке понятий «задатки – способности – возможности – проявления» с 4 группами качеств затруднительно, но провести ее можно. Если с соматическими качествами человека возникает ассоциация (не строгая) с понятием «двигательные задатки», с соматомоторными – «двигательные возможности», с психомоторными – «двигательные проявления», то с психосоматомоторными качествами не все так просто.

По мнению В. Б. Коренберга к соматическим качествам человека следует отнести линейные размеры тела, массу тела, механические характеристики опорно-двигательного аппарата – прочность, гибкость. При этом В. Б. Коренберг выделяет их региональные и локальные компоненты, т.е. возможность изучения как для отдельной части тела, например, кисти, так и для всей конечности, например, руки.

К соматомоторным качествам В. Б. Коренберг отнес силу относительную и абсолютную, резкость относительную и абсолютную, быстроту, работоспособность аэробную и анаэробную. Мы наблюдаем, что соматомоторные качества ассоциируются с физическими качествами человека. Здесь необходимо дать краткую характеристику понятиям «двигательные возможности и двигательные проявления».

Двигательные возможности – характеристики доступных максимальных двигательных проявлений [165, с. 46]. Как поясняет сам Владимир Борисович это такие двигательные проявления, в которых человек может достичь максимальных результатов, по своей форме выражающихся в максимальных количественных и качественных характеристиках. Одним из значимых показателей двигательных возможностей человека в теории и практике спорта принято считать «двигательную подготовленность» и как его синоним «физическую подготовленность», хотя это разные по своему содержанию термины [165, с. 44]. По его мнению, проблема двигательных возможностей человека и его показателя двигательной подготовленности остается актуальной. Исследованию этой проблемы посвящены и будут далее посвящаться труды многих учёных, небезразличных к состоянию здоровья населения России.

Двигательные возможности опираются на уровень развития двигательных способностей человека, на его двигательные умения, на определённые психические свойства при выполнении двигательных заданий [207].

Процесс развития двигательных возможностей и проявление их в спортивном результате зависят от двигательного потенциала. Двигательный (кинезиологический) потенциал – это морфофункционально, биомеханически и психологически обеспеченный системно-функциональный комплекс умений и навыков производства целенаправленных двигательных действий с заданными количественными и качественными характеристиками [12, с. 244].

Для каждого вида спорта или объединённых в группы видов спорта принято выделять наиболее информативные двигательные задания для определения общей или специальной физической подготовленности человека. К таким базовым заданиям относят, например, школьные тесты для определения общей физической подготовленности учащихся.

Двигательные возможности человека – это комплекс морфофункциональных особенностей организма, физических качеств, двигательных навыков, умений и состояния здоровья, позволяющий производить двигательные действия с желаемыми количественными и качественными характеристиками [177, с. 4].

Для описания двигательных возможностей здорового человека необходимо использовать до сотни двигательных тестов [36; 38]. В то же время имеются публикации, в которых отмечается, что не всегда требуется использовать много контрольных двигательных тестов для оценки двигательных возможностей. В спортивной практике двигательные возможности можно определить буквально по нескольким параметрам, имеющим наибольшее значение для достижения спортивных результатов. В частности, для определения потенциальных возможностей в беге на средние дистанции использовались три составляющих: максимальное потребление кислорода, показатель антропометрической экономичности и показатель «сила – чувствительность» нервной системы. Совокупность этих трёх составляющих определяет в целом уровень возможных спортивных достижений [3, с. 200—213.]. Уровень двигательных возможностей, определяющий достижения в беге на средние дистанции, может быть оценён также по трём показателям: максимальная скорость бега, экономичность бега и максимальное потребление кислорода [177, с. 3—5].

В. Б. Коренберг утверждает, что «двигательные возможности человека определяются не только физическими качествами …, но и другими его целевыми (относящимся к конкретной задаче) двигательными способностями, а также технической подготовленностью». Достижение высокого уровня двигательных возможностей спортсмена лежит через контролируемый процесс развития двигательных способностей. Особые моторные способности человека создают предпосылки не только формирования упражнением двигательных возможностей, но и необходимых в соревновательной практике двигательных проявлений, реализационная успешность которых зависит от уровня развития и текущего состояния индивидуальных организменных процессов (В. Б. Коренберг, 2005, 2008).