MuskelsynergierRediger
Nikolai Bernstein foreslog eksistensen af muskelsynergier som en neural strategi til at forenkle kontrollen af flere frihedsgrader. En funktionel muskelsynergi er defineret som et mønster af samaktivering af muskler, der rekrutteres af et enkelt neuralt kommandosignal. En muskel kan være en del af flere muskelsynergier, og en synergi kan aktivere flere muskler. Den nuværende metode til at finde muskelsynergier består i at måle EMG-signaler (elektromyografi) fra de muskler, der er involveret i en bestemt bevægelse, således at specifikke mønstre for muskelaktivering kan identificeres. Statistiske analyser anvendes på de filtrerede EMG-data for at bestemme det antal muskelsynergier, der bedst repræsenterer den oprindelige EMG. Alternativt kan der anvendes kohærensanalyse af EMG-data til at bestemme koblingen mellem musklerne og frekvensen af fælles input. Et reduceret antal kontrolelementer (muskelsynergier) kombineres for at danne et kontinuum af muskelaktivering med henblik på smidig motorisk kontrol under forskellige opgaver. Disse synergier arbejder sammen for at frembringe bevægelser som f.eks. gang eller balancekontrol. En bevægelses retning har indflydelse på, hvordan den motoriske opgave udføres (dvs. at gå fremad vs. gå baglæns, idet der anvendes forskellige niveauer af kontraktion i forskellige muskler). Forskere har målt EMG-signaler for forstyrrelser anvendt i flere retninger for at identificere muskelsynergier, der er til stede for alle retninger.
I første omgang troede man, at muskelsynergierne eliminerede den redundante kontrol af et begrænset antal frihedsgrader ved at begrænse bevægelserne af visse led eller muskler (flexions- og ekstensionssynergier). Det er imidlertid blevet diskuteret, om disse muskelsynergier er en neural strategi, eller om de er et resultat af kinematiske begrænsninger. For nylig er begrebet sensorisk synergi blevet introduceret, hvilket understøtter antagelsen om, at synergier er neurale strategier til at håndtere sensoriske og motoriske systemer.
Ukontrolleret manifold-hypoteseRediger
En nyere hypotese foreslår, at centralnervesystemet ikke eliminerer de redundante frihedsgrader, men i stedet bruger dem alle for at sikre fleksibel og stabil udførelse af motoriske opgaver. Centralnervesystemet gør brug af denne overflod fra de redundante systemer i stedet for at begrænse dem som tidligere antaget hypotese. UCM-hypotesen (Uncontrolled Manifold) giver en måde at kvantificere muskelsynergien på. Denne hypotese definerer “synergi” lidt anderledes end den ovenfor anførte; en synergi repræsenterer en organisation af elementære variabler (frihedsgrader), der stabiliserer en vigtig præstationsvariabel. Elementær variabel er den mindste fornuftige variabel, der kan bruges til at beskrive et system af interesse på et udvalgt analyseniveau, og en præstationsvariabel henviser til de potentielt vigtige variabler, der produceres af systemet som helhed. F.eks. er vinklerne og positionerne af visse led i en flerleddet rækkeopgave elementære variabler, og præstationsvariablerne er håndens slutpunktskoordinater.
Denne hypotese foreslår, at controlleren (hjernen) handler i rummet af elementære variabler (dvs. de rotationer, der deles af skulder, albue og håndled i armbevægelser) og vælger i rummet af manifolder (dvs. sæt af vinkelværdier, der svarer til en slutposition). Denne hypotese anerkender, at variabilitet altid er til stede i menneskelige bevægelser, og den kategoriserer den i to typer: (1) dårlig variabilitet og (2) god variabilitet. Dårlig variabilitet påvirker den vigtige præstationsvariabel og forårsager store fejl i det endelige resultat af en motorisk opgave, mens en god variabilitet holder præstationsopgaven uændret og opretholder et vellykket resultat. Et interessant eksempel på god variabilitet blev observeret i forbindelse med tungens bevægelser, som er ansvarlige for taleproduktionen. Foreskrivelsen af stivhedsniveauet for tungens krop skaber en vis variabilitet (med hensyn til de akustiske parametre for tale, f.eks. formanter), som dog ikke har nogen betydning for talekvaliteten (i det mindste inden for et rimeligt interval af stivhedsniveauer). En af de mulige forklaringer kunne være, at hjernen kun arbejder på at mindske den dårlige variabilitet, der hindrer det ønskede slutresultat, og det gør den ved at øge den gode variabilitet i det redundante område.