Sinergie muscolariModifica
Nikolai Bernstein ha proposto l’esistenza di sinergie muscolari come una strategia neurale per semplificare il controllo di più gradi di libertà. Una sinergia muscolare funzionale è definita come un modello di co-attivazione dei muscoli reclutati da un singolo segnale di comando neurale. Un muscolo può essere parte di più sinergie muscolari, e una sinergia può attivare più muscoli. Il metodo attuale per trovare le sinergie muscolari è quello di misurare i segnali EMG (elettromiografia) dei muscoli coinvolti in un certo movimento in modo da poter identificare modelli specifici di attivazione muscolare. Le analisi statistiche vengono applicate ai dati EMG filtrati per determinare il numero di sinergie muscolari che meglio rappresentano l’EMG originale. In alternativa, l’analisi di coerenza dei dati EMG può essere utilizzata per determinare l’accoppiamento tra i muscoli e la frequenza di input comune. Un numero ridotto di elementi di controllo (sinergie muscolari) sono combinati per formare un continuum di attivazione muscolare per un controllo motorio regolare durante vari compiti. Queste sinergie lavorano insieme per produrre movimenti come il camminare o il controllo dell’equilibrio. La direzionalità di un movimento ha un effetto su come il compito motorio viene eseguito (ad esempio, camminare in avanti o camminare all’indietro, ognuno utilizza diversi livelli di contrazione in diversi muscoli). I ricercatori hanno misurato i segnali EMG per la perturbazione applicata in più direzioni al fine di identificare le sinergie muscolari che sono presenti per tutte le direzioni.
Inizialmente, si pensava che le sinergie muscolari eliminassero il controllo ridondante di un numero limitato di gradi di libertà vincolando i movimenti di alcune articolazioni o muscoli (sinergie di flessione ed estensione). Tuttavia, è stato discusso se queste sinergie muscolari siano una strategia neurale o se siano il risultato di vincoli cinematici. Recentemente è stato introdotto il termine di sinergia sensoriale a sostegno dell’ipotesi che le sinergie siano le strategie neurali per gestire i sistemi sensoriali e motori.
Ipotesi del collettore incontrollatoModifica
Un’ipotesi più recente propone che il sistema nervoso centrale non elimina i gradi di libertà ridondanti, ma invece li utilizza tutti per garantire un’esecuzione flessibile e stabile dei compiti motori. Il sistema nervoso centrale utilizza l’abbondanza dei sistemi ridondanti invece di limitarli come precedentemente ipotizzato. L’ipotesi UCM (Uncontrolled Manifold) fornisce un modo per quantificare la sinergia muscolare. Questa ipotesi definisce la “sinergia” un po’ diversamente da quanto detto sopra; una sinergia rappresenta un’organizzazione di variabili elementari (gradi di libertà) che stabilizza una variabile importante della performance. La variabile elementare è la più piccola variabile sensibile che può essere usata per descrivere un sistema di interesse ad un livello selezionato di analisi, e una variabile di performance si riferisce alle variabili potenzialmente importanti prodotte dal sistema nel suo insieme. Per esempio, in un compito di raggiungimento multiarticolare, gli angoli e le posizioni di alcune articolazioni sono le variabili elementari, e le variabili di prestazione sono le coordinate del punto finale della mano.
Questa ipotesi propone che il controllore (il cervello) agisca nello spazio delle variabili elementari (cioè le rotazioni condivise da spalla, gomito e polso nei movimenti del braccio) e selezioni nello spazio dei collettori (cioè insiemi di valori angolari corrispondenti a una posizione finale). Questa ipotesi riconosce che la variabilità è sempre presente nei movimenti umani, e la categorizza in due tipi: (1) cattiva variabilità e (2) buona variabilità. Una cattiva variabilità colpisce la variabile importante della prestazione e causa grandi errori nel risultato finale di un compito motorio, mentre una buona variabilità mantiene il compito della prestazione invariata e mantiene il successo. Un esempio interessante di buona variabilità è stato osservato nei movimenti della lingua, che sono responsabili della produzione del discorso. La prescrizione del livello di rigidità al corpo della lingua crea una certa variabilità (in termini di parametri acustici del discorso, come le formanti), che tuttavia non è significativa per la qualità del discorso (almeno, nella gamma ragionevole di livelli di rigidità). Una delle possibili spiegazioni potrebbe essere che il cervello lavora solo per diminuire la cattiva variabilità che ostacola il risultato finale desiderato, e lo fa aumentando la buona variabilità nel dominio ridondante.