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
2. Рис. 1. Схема разложения матрицы данных на компоненты и выделения пространственно-временной структуры синергий.

Скачать (108KB)
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)
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)
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)
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)

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».