Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Префлексы - это скрытые возможности опорно-двигательного аппарата, которые автоматически стабилизируют движения за счет использования нелинейных вязкоупругих свойств мышц при их сокращении . [1] [2] Термин «префлекс» для такой внутренней петли обратной связи с нулевой задержкой был введен Лёбом. [3] В отличие от методов стабилизации с использованием нейронов , таких как рефлексы и более высокий контроль мозга , префлекс происходит с минимальной временной задержкой; однако он стабилизирует только основные движения опорно-двигательного аппарата. [ необходима цитата ]

Вязкоупругая коррекция [ править ]

Мышцы при сокращении обладают нелинейными вязкоупругими свойствами. [4] [5] [6]Это свойство может автоматически корректировать движения, когда мышца вынуждена изменять свою длину, и со скоростью, отличной от той, с которой она была изначально указана. Такая автоматическая коррекция полезна, когда управляемое действие нарушается, например, если ступенька уходит в отверстие, так как это заставляет стопу неожиданно потянуться вниз. Нелинейные вязкоупругие свойства мышц взаимодействуют с этими вызванными возмущением различиями в скорости и длине, так что они напрямую противодействуют влиянию возмущения на тело. Часть сопротивления возмущению является пассивной, за счет нелинейного увеличения пассивного напряжения и суставных моментов, создаваемых мышечными и другими мягкими тканями. [4]Предварительное напряжение ткани - это свойство предварительного сгибания, которое составляет базовый уровень пассивного напряжения, которое, благодаря своему присутствию в антагонистических тканях сустава, увеличивает пассивную жесткость и стабильность сустава. [7]

Эволюционная возможность [ править ]

Мышцы содержат множество различных систем, на которых может действовать эволюционный отбор префлексной стабилизации. Дельтовидная мышца , например, состоит из , по меньшей мере семи сегментов с различными насадками костей и нервным контролем. [8] Внутри каждого мышечного сегмента существует сложная внутренняя структура, которая сводится к той, в которой каждая мышечная единица состоит из сухожилия, апоневроза и пучка активных сократительных и пассивных элементов. [4] Другой источник вариаций - во внутренней архитектуре ориентации волокон относительно линии действия мышцы, например, как в перистых мышцах . [9]Сложность различных вязкоупругих соотношений длины и скорости-силы этих частей дает возможность адаптивного выбора структурно сложных мышечных биокомпозитов с четко настраиваемыми нелинейными вязкоупругими отношениями длины-скорости-силы. Такая природа мышц как составных структур, таким образом, обеспечивает адаптивную возможность для эволюции изменять вязкоупругие реакции опорно-двигательной системы, чтобы они противодействовали пертурбациям без необходимости спинального или более высокого уровня контроля.

Примеры [ править ]

Восстановление шага ног [ править ]

Цесарки в шлемах, как и многие другие двуногие птицы, ходят по неровной земле. Когда нога цесарки ступает в яму (обычное нарушение, против которого эволюция настроила нелинейные вязкоупругие свойства ее опорно-двигательного аппарата), происходит мгновенное неуправляемое изменение скорости и длины в мышцах, охватывающих суставы ноги. Это несоответствие длины / скорости взаимодействует с нелинейными отношениями длины и скорости к силе, которые возникли в ответ на такое нарушение, в результате чего нога заходит дальше в нору и, таким образом, сохраняет тело птицы стабильным и вертикальным. [10]

Вытирание ног [ править ]

Это внутренние скелетно-мышечные свойства лягушки , а не нервно-опосредованные спинномозговые рефлексы, которые стабилизируют ее вытирающие движения при раздражении, когда движение ноги инициируется. [11]

Прыжки из приседа [ править ]

Человеческий пример стабилизации префлекса происходит, когда человек резко подпрыгивает из положения на корточках , а мышцы ног действуют так, чтобы обеспечить минимальную временную задержку против возмущений от вертикали. [6]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Blickhan, R .; Seyfarth, A .; Гейер, H .; Grimmer, S .; Wagner, H .; Гюнтер, М. (2007). «Разведка механикой». Философские труды Королевского общества A: математические, физические и инженерные науки . 365 (1850): 199–220. Bibcode : 2007RSPTA.365..199B . DOI : 10,1098 / rsta.2006.1911 . PMID  17148057 .
  2. ^ Валеро-Куэвас, FJ; Йи, JW; Brown, D .; McNamara, RV; Paul, C .; Липсон, Х. (2007). «Сеть сухожилий пальцев выполняет анатомические вычисления в макроскопическом масштабе». IEEE Transactions по биомедицинской инженерии . 54 (6): 1161–1166. CiteSeerX 10.1.1.419.1719 . DOI : 10.1109 / TBME.2006.889200 . PMID 17549909 .   PDF
  3. Перейти ↑ Loeb, GE (1995). «Контрольные последствия механики опорно-двигательного аппарата». Труды 17-й Международной конференции общества инженеров в медицине и биологии . 2 . С. 1393–1394. DOI : 10.1109 / IEMBS.1995.579743 . ISBN 978-0-7803-2475-6.
  4. ^ a b c Браун И.Е., Лёб Г.Е. (2000). «Редукционистский подход к созданию и использованию нейромышечно-скелетных моделей». В JMC Winters, PE (ред.). Биомеханический и неврологический контроль осанки и движений . Нью-Йорк: Спрингер. С. 148–63. ISBN 978-0-471-50908-0.
  5. ^ Nishikawa, K .; Бивенер, AA; Aerts, P .; Ан, АН; Chiel, HJ; Дейли, Массачусетс; Daniel, TL; Полный, RJ; Хейл, Мэн; Хедрик, TL; Лаппин, АК; Николс, TR; Куинн, РД; Саттерли, РА; Шимик, Б. (2007). «Нейромеханика: интегративный подход к пониманию моторного контроля» . Интегративная и сравнительная биология . 47 (1): 16–54. DOI : 10.1093 / ICB / icm024 . PMID 21672819 . 
  6. ^ а б Ван Суст, AJ; Бобберт, MF (1993). «Вклад мышечных свойств в контроль взрывных движений». Биологическая кибернетика . 69 (3): 195–204. DOI : 10.1007 / bf00198959 . PMID 8373890 . 
  7. ^ Соуза, TR; Fonseca, ST; Gonçalves, GG; Окарино, JM; Манчини, MC (2009). «Престресс проявляется пассивным одновременным натяжением в голеностопном суставе». Журнал биомеханики . 42 (14): 2374–2380. DOI : 10.1016 / j.jbiomech.2009.06.033 . PMID 19647832 . 
  8. ^ Браун, JMM; Wickham, JB; МакЭндрю, диджей; Хуанг, X. -F. (2007). «Мышцы в мышцах: координация 19 мышечных сегментов в трех мышцах плеча во время изометрических двигательных задач». Журнал электромиографии и кинезиологии . 17 (1): 57–73. DOI : 10.1016 / j.jelekin.2005.10.007 . PMID 16458022 . 
  9. ^ Азизи, E .; Брейнерд, Э.Л .; Робертс, Т.Дж. (2008). «Переменная передача в перистых мышцах» . Труды Национальной академии наук . 105 (5): 1745–1750. Bibcode : 2008PNAS..105.1745A . DOI : 10.1073 / pnas.0709212105 . PMC 2234215 . PMID 18230734 .  
  10. ^ Дейли, Массачусетс; Бивенер, AA (2006). «Бег по пересеченной местности показывает контроль конечностей для внутренней устойчивости» . Труды Национальной академии наук . 103 (42): 15681–15686. Bibcode : 2006PNAS..10315681D . DOI : 10.1073 / pnas.0601473103 . PMC 1622881 . PMID 17032779 .  
  11. ^ Ричардсон, AG; Слотин, JJ; Bizzi, E .; Треш, MC (2005). «Внутренние скелетно-мышечные свойства стабилизируют протирающие движения в спинномозговой лягушке» . Журнал неврологии . 25 (12): 3181–3191. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.4945-04.2005 . PMC 6725085 . PMID 15788775 .