运动控制和学习

运动控制和学习运动控制为调节或者管理动作的能力。肢体精确完成特定功能活动的能力狭义：上运动神经元体系对肢体运动的精确控制，涉及大脑皮质、小脑、脑干网状结构、前庭等。广义：还包括下运动神经元病变、骨关节病变和神经-肌肉病变的参与。

第2页,共71页，2024年2月25日，星期天运动控制的内涵中枢神经系统（CNS）需要将许多单块肌肉组织起来，并把他们联合起来形成协调的功能性动作；用来自于环境和人体的感觉信息来选择和控制动作；外在环境对人体运动的影响；对运动量化（力量、范围、速度……）；第3页,共71页，2024年2月25日，星期天为什么要研究运动控制？物理治疗师和作业治疗师被认为是“应用运动控制的生理学家”（Brooks，1986）。治疗师训练的需要。治疗目的不是改善动作而是运动控制能力。用于提高对于功能所必需的姿势和动作的质量和数量。更好的理解运动控制，特别是动作的本质和控制。是实现功能活动目标的需要！第4页,共71页，2024年2月25日，星期天动作的运动控制影响因素个体的运动、认知和知觉系统的相互作用环境的常规和非常规影响任务的特征（活动、操作、稳定）对功能性运动的组织起作用M个体任务环境第5页,共71页，2024年2月25日，星期天强调头颈部的控制第6页,共71页，2024年2月25日，星期天强调躯干和下肢的控制第7页,共71页，2024年2月25日，星期天以上的运动控制如何实现？第8页,共71页，2024年2月25日，星期天运动控制的内容运动控制（所有与运动功能有关的活动）

肌力与肌张力关节灵活性与稳定性平衡与协调性反射模式与运动模式姿势与步态第9页,共71页，2024年2月25日，星期天运动控制的要素肌力力量耐力（保证长时间运动的前提）速度（恰当）准确（目标）稳定（协调）第10页,共71页，2024年2月25日，星期天运动控制：力量、速度、准确、稳定第11页,共71页，2024年2月25日，星期天上肢的运动控制活动•Reaching前伸够物取物•Grasping抓握•Manipulation操作持物•Release释物第12页,共71页，2024年2月25日，星期天移动的运动控制活动翻身起坐坐站步行上下楼下蹲第13页,共71页，2024年2月25日，星期天运动控制成功的条件启动与推动姿势控制调整与适应Das,McCollum,1988;Palta,1991;第14页,共71页，2024年2月25日，星期天运动控制的模型与理论传统的运动控制模型：反射模型等级模型闭环和开环系统模型现代的运动控制模型：系统模型第15页,共71页，2024年2月25日，星期天反射模型(reflexmodel)反射：在中枢神经系统的参与下，机体对外界刺激即感觉输入所作出的规律性的或较为固定的反应。是经典的运动控制模型理论基础:SirCharlesSherrington实验研究证实(1906),刺激去大脑皮质动物的特定感觉感受器,诱发出各种不同固定或刻板的运动。第16页,共71页，2024年2月25日，星期天反射模型核心思想：反射是运动的基本单位;人体运动是各种反射的总和或整合的结果;人体复杂运动:简单反射(腱反射)+复杂反射(Moro反射等)运动反应的中枢控制依赖外周感觉输入(反射弧完整);感觉输入能够控制运动的输出—神经促进技术理论基础（破坏平衡诱发平衡运动反应）。第17页,共71页，2024年2月25日，星期天第18页,共71页，2024年2月25日，星期天脊髓层面的反射牵张反射

腱反射（位相性牵张反射）-快速牵拉肌腱产生肌肉反射性收缩，单突触反射，快肌收缩，可见关节活动，短暂。

肌紧张（紧张性牵张反射）-缓慢持续牵拉肌腱引起的肌肉收缩，多突触反射，慢肌收缩，不表现明显动作，持久。第19页,共71页，2024年2月25日，星期天姿势反射-直立是人体经常保持的姿势，一旦常态姿势受到破坏后，身体肌肉张力立即发生重新调整，以维持身体的平衡或恢复正常姿势，这种保持或调整身体在空间位置的反射称姿势反射。

第20页,共71页，2024年2月25日，星期天脑干层面的姿势反射第21页,共71页，2024年2月25日，星期天脑干层面的姿势反射第22页,共71页，2024年2月25日，星期天紧张性迷路反射仰卧位：上下肢伸肌优势俯卧位：上下肢屈肌优势紧张性腰反射躯干向右扭转：右上肢屈肌优势，下肢伸肌优势左上肢伸肌优势，下肢屈肌优势脑干层面的姿势反射第23页,共71页，2024年2月25日，星期天大脑层面的反射－维持平衡第24页,共71页，2024年2月25日，星期天特殊平衡反射保护性伸展反应

跨步及跳跃反应第25页,共71页，2024年2月25日，星期天（1）交互抑制某一中枢兴奋时，在功能上与他相对抗的中枢便发生抑制的现象。如主缩肌与拮抗肌的关系。本质为突触后抑制。神经反射的特点第26页,共71页，2024年2月25日，星期天（2）扩散一个中枢的兴奋引起协同中枢的兴奋，称为兴奋的扩散；一个中枢的抑制引起协同中枢的抑制，称为抑制的扩散。如一侧肢体的兴奋可以扩散到对侧肢体。

第27页,共71页，2024年2月25日，星期天（3）优势现象在中枢神经系统内，当某一中枢受到较强刺激，其兴奋水平不断提高，这个提高兴奋水平的中枢，称兴奋优势灶，它能综合其他中枢扩散而来的兴奋，提高其自身的兴奋水平，对其临近中枢却发生抑制作用。第28页,共71页，2024年2月25日，星期天（4）反馈是中枢神经系统高位和低位中枢之间的一种相互联系、促进、制约的方式。神经元之间的环路联系是反馈作用的结构基础。反馈活动有2种，使原有活动加强和持久的正反馈，使原有活动减弱或终止的负反馈，起到促进活动出现，保持活动适度，防止活动过度的作用（运动、激素的反馈调节）。第29页,共71页，2024年2月25日，星期天反射模型-局限性感觉非运动反应之必须无感觉输入仍有协调运动(猫的脊髓横断)；下肢严重感觉障碍出现轻度协调运动障碍;无法解释快速而连续运动的产生无法解释新的运动技能学习大脑皮层意念对运动反射的控制(憋尿、意念对疼痛和平衡的干预）人体发育完善后的原始反射的消失第30页,共71页，2024年2月25日，星期天等级模型中枢性运动控制（自上而下）大脑皮质、脑干和脊髓按照高、中、低水平由上一级水平对下一级水平依次进行控制（1932年神经学家SirHughlingsJackson）；运动程序（motorprograms)管理运动：中枢预先设定的命令支配外周运动，不受外周反馈影响第31页,共71页，2024年2月25日，星期天等级模型大脑小脑基底节脑干脊髓肌肉骨骼系统运动控制器效应器运动程序输入指令输出高水平（随意运动控制）中等水平低水平（反射运动控制）控制结果的行为表现第32页,共71页，2024年2月25日，星期天神经-运动等级调控高级中枢实现对反射的逐级控制

脊髓水平

（more、屈肌退缩反射）

延髓水平（粗大运动）中脑、桥脑水平

（姿势、调整反射）大脑皮层

（随意、精细、共济、协调、平衡）原始反射被抑制，实现中枢运动控制下的随意运动第33页,共71页，2024年2月25日，星期天脊髓对躯体姿势的调节脊髓的牵张反射（腱反射和肌紧张）作用－肌紧张是维持躯体站立姿势最基本的反射活动，是姿势反射的基础；－伸肌牵张反射占优势，受高位中枢调节控制；－高位中枢对脊髓伸肌反射中枢有易化作用，对屈肌发射中枢有抑制作用；第34页,共71页，2024年2月25日，星期天脑干网状结构对肌紧张的调节网状结构—从延髓、脑桥、中脑、直至丘脑底部这一脑干中央部分的广泛区域中神经细胞和神经纤维交织在一起呈网状。

第35页,共71页，2024年2月25日，星期天l

网状结构上行系统形成非特异性传入系统：接受来自全身各部位的传入冲动，通过许多突触由丘脑非特异投射系统传至大脑皮层；l

网状结构下行系统形成网状脊髓束，构成椎体外系重要组成，对脊髓反射起易化或抑制作用。第36页,共71页，2024年2月25日，星期天网状结构下行易化系统：对肌紧张起易化作用（伸肌）；易化区大：延髓网状结构背外侧、脑桥背盖、中脑灰质及背盖、下丘脑部分核群等网状结构下行抑制系统：对肌紧张起抑制作用（屈肌）。抑制区小：延髓网状结构腹内侧部分等第37页,共71页，2024年2月25日，星期天第38页,共71页，2024年2月25日，星期天小脑在运动控制中的调节（1）

小脑是重要的运动控制调节中枢，其本身不引发动作；（2）对动作起共济协调作用，可以调节肌紧张、控制躯体姿势和平衡，协调感觉运动和参与运动学习过程；（3）精细运动的协调；

第39页,共71页，2024年2月25日，星期天基底神经节的调控作用接受来自感觉运动皮质的信号，并将信号加工后传送到脑干网状结构，再下行到脊髓；调节运动功能的重要作用，它与随意运动的稳定性、肌紧张的控制、运动程序和本体感觉传入冲动信息的处理有关；为一切运动提供必要的“配合活动”

第40页,共71页，2024年2月25日，星期天大脑皮质在运动控制中的调节大脑的反射与调控-平衡反射（见前表）大脑对下位中枢的调节抑制区：皮层运动区、纹状体、小脑前叶蚓部易化区：前庭核、小脑前叶两侧部它们与脑干有关结构具有功能联系，实现对脑干网状结构、脊髓的控制第41页,共71页，2024年2月25日，星期天大脑与低位中枢的相互调控（等级调控）大脑是神经系统的高位中枢，小脑、脑干、脊髓是大脑的低位中枢，正常情况下，低位中枢受高位中枢的控制高位中枢通过下行易化系统使低位中枢反射活动易化；高位中枢通过下行抑制系统减弱低位反射活动；第42页,共71页，2024年2月25日，星期天神经-运动调控发育（等级理论）

脊髓水平

（肌紧张、牵张反射）

延髓水平（粗大运动）中脑、桥脑水平

（姿势、调整反射）大脑皮层

（随意、精细、共济、协调、平衡）出生时幼儿期成人抬头翻身爬行坐位坐位平衡跪位站立站立平衡扶走独立步行椎体束椎体外束第43页,共71页，2024年2月25日，星期天锥体束的功能

—调节脊髓前角运动神经元和中间神经元的兴奋性，易化或抑制由其它途径引起的活动，特别是在快速随意控制肌肉的精细、协调运动中起基本作用。组成：它是由皮质运动区锥细胞发出的神经，经内囊处汇聚成束下行，止于脑干神经核运动神经元（皮质脑干束）和脊髓运动神经元及中间神经元（皮质脊髓束），在锥体束下行过程中一部分交叉至对侧。第44页,共71页，2024年2月25日，星期天锥体外束（网状下行系统）功能：①不经过延髓锥体，作用不能直接迅速抵达下运动神经元，不能引起肌肉的随意收缩，只是影响运动的协调性、准确性；②通过影响肌张力来维持人体的正常姿势。它具有对大脑皮质呈反馈作用的环路联系。在机能上参与调节肌肉紧张度，协调肌肉的联合活动以维持身体的姿势，进行节律动作等。

第45页,共71页，2024年2月25日，星期天锥体束随意运动，锥体外束调控肌张力各种反射受到锥体外束的调控意识控制人体的各种反射和运动第46页,共71页，2024年2月25日，星期天

随意运动的产生和调控第47页,共71页，2024年2月25日，星期天闭环与开环模型受到自动控制系统理论影响，将运动控制的信息加工模型分为：闭环控制模型（closed-loop-controlmodel)开环控制模型（open-loop-controlmodel)第48页,共71页，2024年2月25日，星期天闭环控制模型

closed-loopcontrolmodel

命令运动执行控制器肌肉活动错误纠正错误检测各种运动参数（方向、速度等）反馈↓↓↓↓第49页,共71页，2024年2月25日，星期天闭环控制模型强调外周感觉信息反馈用于提高运动的效率和准确性对输出反应的反馈调节（负、正反馈）学习或掌握新技术中采用此模式获取运动强调学习者的主动控制、修正和调节实现运动控制康复中患者在接受治疗过程中的主动角色，环境、治疗师的被动角色第50页,共71页，2024年2月25日，星期天开环控制模型

被控对象对控制器的输出执行控制器无影响单向联系命令不依赖感觉反馈指导运动有固定的运动模式各种运动参数开环控制系统产生运动肌肉激活运动参数在运动中不发生变化（盲人取物）运动第51页,共71页，2024年2月25日，星期天开环控制模型按照预先编制的固定运动模式运动不依赖感觉反馈指导运动熟练性技巧运动和快速运动采用此模式在概念上同等级模式第52页,共71页，2024年2月25日，星期天模式发生器理论核心思想：模式发生器将多组肌群以一定的时空关系组织在一起合作产生一种特定的运动-协同运动。正常人有多种组合协同运动模式（步行和步态、抗平衡干扰的髋和踝策略、日常生活、体育活动中习惯性动作）第53页,共71页，2024年2月25日，星期天步行发生器假说1960年动物实验研究：脊髓横断性损伤的猫在几周的减重步行训练后，能够产生步行模式，即猫的身体重量被悬挂，身体重量部分抵消，用手辅助其后肢行走。第54页,共71页，2024年2月25日，星期天步行发生器假说

有人认为，猫的这一能力得益于运动发生器（centralpatterngenerator，CPG）,是在损伤平面下的腰段脊髓中产生的，能控制感觉相关的运动。这一对脊髓“学习”机制的研究引发了对脊髓CPG研究的兴趣。GrillnerS,ZanggerP.BrainRes.1975;88:367-371.

MedicineVolume12,Issue1•Spring2003第55页,共71页，2024年2月25日，星期天步行发生器假说人类步行是一个复杂现象。近来研究发现，步行是由大脑和脊髓的很多区域和水平综合控制：最高层次控制是大脑的边缘前叶，这一区域储藏了步行程序的记忆与相关的情感。中层的控制包括丘脑，它接受和传递信息，脑干控制，将大脑中枢和脊髓连接起来。低位中枢是脊髓：以前曾认为它不过是一个传递中心，猫的研究发现它能产生相对简单的步行运动模式，即CPG。HansenPD.Oregon2000June.Lundy-EkmanL.Philadelphia:W.B.SaundersCo.,1998.第56页,共71页，2024年2月25日，星期天多系统控制模型

运动控制是一个动态、多系统分配控制的模式，而非单向等级控制模式：强调个体与其所在环境之间相互作用的密切关系。当个体试图达到一个目的时，中枢神经系统与个体和环境系统相互作用。多层交织结构特征：相互重叠的环形网络相互作用和影响，无较高级、低级系统之分。更强调环境的作用。开环与闭环系统合作并利用反馈控制实现目标。第57页,共71页，2024年2月25日，星期天多系统控制模型系统理论:神经系统是影响运动行为的众多系统之一;神经系统与其它系统相互联系,构成环行网络;环境与个人特性对运动行为起重要作用;个体试图达某目的,中枢神经系统与个体、和环境系统相互作用。第58页,共71页，2024年2月25日，星期天个例，无随意运动功能，伴随粗大抓握，头部、躯干不能控制，不能坐和行走，不能进行言语表达和情感控制，大小便不能自控，日常活动完全不能自理……？？？？第59页,共71页，2024年2月25日，星期天出生婴儿的运动控制能力？第60页,共71页，2024年2月25日，星期天婴儿的运动控制能力刚出生的婴儿“障碍”患者随意运动无瘫痪（偏瘫）粗大运动有有精细活动无障碍大小便控制不能控制失控平衡无障碍原始反射病理反射躯干控制无失控共济协调未出现障碍反射肌张力

不平衡异常为什么？第61页,共71页，2024年2月25日，星期天婴儿的运动控制能力大脑尚未发育低位中枢脊髓、脑干反射占优势－原始反射高位中枢对低位中枢的控制尚未建立运动不能随意控制第62页,共71页，2024年2月25日，星期天正常的运动控制模式姿势的控制来自肌张力调整、姿势反射调节和平衡反射调节运动可以