Особенности пространственно-временной структуры мышечных синергий при реализации профилирующих элементов в художественной гимнастике

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В статье представлен анализ мышечных синергий, задействуемых при выполнении бросков мяча в различных направлениях и из разных исходных положений. В исследовании приняли участие 6 спортсменок высокой спортивной квалификации, занимающихся художественной гимнастикой. Во время движений синхронно регистрировали электромиограммы поверхностных мышц верхних конечностей и туловища, а также осуществляли видеозахват движений сегментов тела. Из зарегистрированных сигналов извлекали параметры синергий с помощью факторного анализа по методу главных компонент. Установлено, что лица, овладевшие сложным двигательным навыком, могут демонстрировать схожие стратегии двигательного контроля. Это проявляется в структурировании межмышечного взаимодействия в виде двух общих модулей, степень вовлечения мышц в которые оказывается в высокой степени схожей при реализации разных двигательных задач. Первый мышечный модуль реализует активное перемещение верхней конечности путем совместной активации мышц предплечья, плеча и верхнего плечевого пояса, а также обеспечивает стабилизацию положения туловища посредством синхронизации активности мышц спины и живота. Второй мышечный модуль специфичный и связан, преимущественно, с высоким вовлечением в синергию мышц верхнего плечевого пояса и предплечья при реализации упражнений, выполняемых без зрительного контроля, либо из исходных положений, ограничивающих подвижность определенных звеньев тела. Таким образом, решение проблемы координации множества элементов двигательной системы может заключаться не только в снижении количества исполнительных органов – мышц, задействованных в управлении, но и в организации переменных контроля в виде модулей на кинематическом уровне и их стабилизации посредством мышечных синергий.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Моисеев

Великолукская государственная академия физической культуры и спорта

Автор, ответственный за переписку.
Email: sergey_moiseev@vlgafc.ru
Россия, Великие Луки

С. М. Иванов

Великолукская государственная академия физической культуры и спорта

Email: sergey_moiseev@vlgafc.ru
Россия, Великие Луки

Список литературы

  1. D'Avella A (2016) Modularity for Motor Control and Motor Learning. Adv Exp Med Biol 957: 3–19. https://doi.org/10.1007/978–3–319–47313–0_1
  2. Ivanenko YP., Poppele RE., Lacquaniti F (2004) Five basic muscle activation patterns account for muscle activity during human locomotion. J Physiol 556(1): 267–282. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2003.057174
  3. Frère J., Hug F (2012) Between-subject variability of muscle synergies during acomplex motor skill. Front Comput Neurosci 28(6): 99. https://doi.org/10.3389/fncom.2012.00099
  4. Torres-Oviedo G, Ting LH (2010) Subject-specific muscle synergies in human balance control are consistent across different biomechanical contexts. J Neurophysiol 103(6): 3084–3098. https://doi.org/ 10.1152/jn.00960.2009
  5. Moiseev S, Pukhov A, Mikhailova E, Gorodnichev R (2022) Methodological and computational aspects of extracting extensive muscle synergies in moderate-intensity locomotions. J Evol Biochem Phys 58: 88–97. https://doi.org/10.1134/S0022093022010094
  6. Turpin N, Uriac S, Dalleau G (2021) How to improve the muscle synergy analysis methodology? Eur J Appl Physiol 121(4): 1009–1025. https://doi.org/10.1007/s00421–021–04604–9
  7. Cheung V, d'Avella A, Bizzi E (2009) Adjustments of motor pattern for load compensation via modulated activations of muscle synergies during natural behaviors. J Neurophysiol 101(3): 1235–1257. https://doi: 10.1152/jn.01387.2007
  8. Радченко СГ (2011) Методология регрессионного анализа. К. Корнійчук. [Radchenko SG (2011) Methodology of regression analysis. K. Kornіjchuk. (In Russ)].
  9. D’Avella A, Bizzi E (2005) Shared and specific muscle synergies in natural motor behaviors. Proc Natl Acad Sci U S A 102(8): 3076–3081. https://doi.org/10.1073/pnas.0500199102
  10. De Marchis C, Schmid M, Bibbo D, Bernabucci I, Conforto S (2013) Inter-individual variability of forces and modular muscle coordination in cycling: a study on untrained subjects. Hum Mov Sci 32(6): 1480–1494. https://doi.org/10.1016/j.humov.2013.07.018
  11. McGowan CP, Neptune RR, Clark DJ, Kautz SA (2010) Modular control of human walking: adaptations to altered mechanical demands. J Biomech 43(3): 412–419. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2009.10.009
  12. Jarque-Bou N, Scano A, Atzori M, Müller H (2019) Kinematic synergies of hand grasps: a comprehensive study on a large publicly available dataset. J Neuroeng Rehabil 16(1): 63. https://doi.org/10.1186/s12984–019–0536–6
  13. Scano A, Chiavenna A, Molinari Tosatti L, Müller H, Atzori M (2018) Muscle Synergy Analysis of a Hand-Grasp Dataset: A Limited Subset of Motor Modules May Underlie a Large Variety of Grasps. Front Neurorobot 12: 57. https://doi.org/10.3389/fnbot.2018.00057
  14. Chvatal S, Ting L (2013) Common muscle synergies for balance and walking. Front Comput Neurosci 7: 48. https://doi.org/10.3389/fncom.2013.00048
  15. Kim M, Kim Y, Kim H, Yoon B (2018) Specific muscle synergies in national elite female ice hockey players in response to unexpected external perturbation. J Sports Sci 36(3): 319–325. https://doi.org/10.1080/02640414.2017.1306090
  16. Boccia G, Zoppirolli C, Bortolan L, Schena F, Pellegrini B (2018) Shared and task-specific muscle synergies of Nordic walking and conventional walking. Scand J Med Sci Sports 28(3): 905–918. https://doi.org/10.1111/sms.12992
  17. Saito, Tomita A, Ando R, Watanabe K, Akima H (2018) Similarity of muscle synergies extracted from the lower limb including the deep muscles between level and uphill treadmill walking. Gait Posture 59: 134–139. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2017.10.007
  18. Scholz J, Schöner G (1999) The uncontrolled manifold concept: identifying control variables for a functional task. Exp Brain Res 126(3): 289–306. https://doi.org/10.1007/s002210050738
  19. Latash M (2010) Motor synergies and the equilibrium-point hypothesis. Motor Control 14(3): 294–322. https://doi.org/10.1123/mcj.14.3.294
  20. Nardon M, Pascucci F, Cesari P, Bertucco M, Latash M (2022) Synergies Stabilizing Vertical Posture in Spaces of Control Variables. Neuroscience 500: 79–94. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2022.08.006
  21. Latash M, Levin MF, Scholz JP, Schöner G (2010) Motor control theories and their applications. Medicina 46(6): 382–392.
  22. Моисеев С, Михайлова Е (2023) Двигательные синергии в системе управления сложными спортивными равновесиями. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 109(5): 612–628. [Moiseev S, MihajlovaE (2023) Motor synergies in the control system of complex sports balances. Russ J Physiol 109(5): 612–628. (In Russ)]. https://doi.org/10.31857/S0869813923050060
  23. Гурфинкель ВC, Дебрева ЕE, Левик ЮC (1986) Роль внутренней модели в восприятии положения и планировании движения. Физиология человека 12(5): 769. [Gurfinkel' VS Debreva EE, Levik YuS (1986) The role of the internal model in position perception and movement planning. Human physiol 12(5): 769. (In Russ)].
  24. Киреева Т, Левик Ю, Холмогорова Н (2005) Взаимодействие зрительной и проприоцептивной информации в восприятии положения руки. Рос журн биомехан 9(2): 74. [Kireeva T, Levik Y, Holmogorova N (2005) Interaction of visual and proprioceptive information in the perception of hand position. Russ J Biomech 9(2): 74. (In Russ)].

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема разложения матрицы данных на компоненты и выделения пространственно-временной структуры синергий.

Скачать (108KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Усредненные внутрииндивидуальные профили активации первой мышечной синергии (а) и кинематического модуля (b) при выполнении упражнений. 1 – бросок вперед правой рукой, 2 – бросок вперед левой рукой, 3 – бросок вперед двумя руками, 4 – бросок правой рукой в сторону, 5 – бросок правой рукой назад, 6 – бросок из-за спины вперед правой рукой, 7 – бросок стоя на коленях вперед правой рукой, 8 – бросок из седа вперед правой рукой. По оси абсцисс – у. е., по оси ординат – прогресс движения.

Скачать (331KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Усредненные внутрииндивидуальные профили активации второй мышечной синергии (а) и кинематического модуля (b) при выполнении движений из разных исходных положений и направлениях броска мяча. 1 – бросок вперед правой рукой, 2 – бросок вперед левой рукой, 3 – бросок вперед двумя руками, 4 – бросок правой рукой в сторону, 5 – бросок правой рукой назад, 6 – бросок из-за спины вперед правой рукой, 7 – бросок стоя на коленях вперед правой рукой, 8 – бросок из седа вперед правой рукой. По оси абсцисс – у. е., по оси ординат – прогресс движения.

Скачать (343KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Весовые коэффициенты в структуре мышечных синергий при реализации разных бросков мяча. L – левая сторона, R – правая сторона. 1 – бросок вперед правой рукой, 2 – бросок вперед левой рукой, 3 – бросок вперед двумя руками, 4 – бросок правой рукой в сторону, 5 – бросок правой рукой назад, 6 – бросок из-за спины вперед правой рукой, 7 – бросок стоя на коленях вперед правой рукой, 8 – бросок из седа вперед правой рукой. S1-S4 – номер мышечной синергии.

Скачать (700KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Весовые коэффициенты в структуре кинематических модулей при реализации разных бросковых движений. r – правая сторона, L – левая сторона. 1 – бросок вперед правой рукой, 2 – бросок вперед левой рукой, 3 – бросок вперед двумя руками, 4 – бросок правой рукой в сторону, 5 – бросок правой рукой назад, 6 – бросок из-за спины вперед правой рукой, 7 – бросок стоя на коленях вперед правой рукой, 8 – бросок из седа вперед правой рукой. М1-М4 – номер кинематического модуля.

Скачать (739KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024