کنترل حرکتی: یک میدان جدید با جنبه های مختلف (مقدمه ای بر موضوع ویژه)

گذشته: تاریخچه مختصری از کنترل حرکتی

کنترل حرکتی به عنوان رشته ای از علوم طبیعی تعریف شده است که به دنبال قوانین طبیعت است که بر تعاملات بین سیستم عصبی مرکزی (CNS)، بقیه بدن و محیط در طی حرکات بیولوژیکی حاکم است. این موضوع سابقه طولانی دارد، اگرچه در زمان های قبلی با استفاده از اصطلاحات غیرمعمول برای گفتمان علمی معاصر به آن پرداخته می شد. به طور خاص، در یونان باستان، به مشکلات مشابهی پرداخته شده است: “روح چگونه بدن را کنترل می کند”؟ ارسطو و افلاطون سهم بسزایی در توسعه این رشته داشتند و به ویژه ، آنها روح را با ارابه سوار مقایسه کردند که از مجموعه ای از افسار برای تولید عملکرد اسب های در ارتباط با اعضای بدن استفاده می کند. قاعده مشکل اصلی به‌عنوان فعل و انفعالات بین روح و بدن نزدیک به دو هزار سال ادامه داشت و در واقع در زمان ما زنده است، اگرچه دانشمندان معاصر ترجیح می‌دهند از «ذهن» به جای «روح» استفاده کنند. از آنجا که هم ذهن و هم روح نه به خوبی تعریف شده اند و نه به طور عینی قابل مشاهده هستند، پرداختن به چنین پرسش هایی از نظر قوانین طبیعت غیرممکن است.

یک انقلاب آرام در دهه 1960 در مسکو رخ داد. آنقدر آرام بود که اکثر محققان خارج از گروه مسکو ده ها سال متوجه آن نشدند و برخی حتی اکنون نیز آن را نادیده می گیرند. این انقلاب در نتیجه تلاش سه دانشمند برجسته، نیکولای برنشتاین فیزیولوژیست، اسرائیل گلفاند ریاضیدان و مایکل تستلین فیزیکدان بود. گلفاند و تستلین با الهام از ایده های برنشتاین، سمیناری را ترتیب دادند که به جاذبه ای برای فیزیولوژیست ها و فیزیکدانان جوان و با استعداد علاقه مند به مشکلات تعامل بین CNS، بدن و محیط تبدیل شد. این سمینار منجر به پیدایش تعدادی آزمایشگاه شد که هم مطالعات تجربی و هم نظری را در زمینه کنترل عصبی حرکات انجام می دادند. در میان این آثار بسیار تأثیرگذار، ما می خواهیم مطالعات انجام شده توسط آناتول فلدمن در اواسط دهه 1960 را مشخص کنیم که به نظر ما زمینه کنترل حرکتی را به عنوان بخشی از علوم طبیعی آغاز کرد. در آن مطالعات، فلدمن فرضیه نقطه تعادل (EP)را معرفی کرد که کنترل عصبی یک عضله را به عنوان فرآیند تنظیم دوره زمانی پارامتر عصبی فیزیولوژیکی (آستانه رفلکس کشش) که رابطه بین نیروی فعال عضله و طول را تعریف می‌کند، در نظر می‌گیرد. یک قانون طبیعت مشترک برای همه ماهیچه های اسکلتی در افراد و گونه ها.

در دهه 1970 ، علاقه به مشکلات در زمینه کنترل حرکتی در سراسر جهان گسترش یافت ، تا حدی به لطف ترک های پرده آهنین ، که منجر به ارتباط بهتر بین محققان اتحاد جماهیر شوروی و سایر کشورها شد. مایلیم به نقش بسیار مهم سلسله جلسات کنترل حرکتی در بلغارستان که توسط الکساندر گیدیکوف و گانچو گانچف در دهه 1970-1990 ترتیب داده شد اشاره کنیم. دریافت مجوز سفر از اتحاد جماهیر شوروی به بلغارستان که برای بازدیدکنندگان از کشورهای غربی نیز آزاد بود، امکان پذیر بود، اگرچه آسان نبود. در آن زمان، دو مجله به طور منظم شروع به انتشار مقالاتی در زمینه کنترل حرکت کردند، “ژورنال رفتار حرکتی” به سرپرستی اسکات کلسو، ران مارتنیک، کارل نیول و ریچارد اشمیت و “علم حرکت انسانی” که توسط جان وایتینگ شکل گرفته بود. به ویژه، جان وایتینگ یک نامه اطلاعاتی کوتاه در مورد اولین روز جهانی کنترل حرکتی (9/9/93) که در نیوزیلند افتتاح شده بود، منتشر کرد.

صدمین سالگرد برنشتاین در سال 1996 نقطه عطف مهم دیگری در توسعه کنترل حرکتی به یک رشته کامل از علوم طبیعی بود. برای بزرگداشت برنشتاین، جلسه ای در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا برگزار شد. این جلسه در ابتدا به عنوان یک رویداد ویژه برنامه ریزی شده بود. با این حال، در نهایت، این جلسه اولین جلسه از مجموعه “پیشرفت در کنترل حرکتی” بود که اکنون جلسات دوسالانه انجمن بین المللی کنترل حرکتی است. به زودی پس از آن، مجله “کنترل حرکتی” و به دنبال آن انجمن بین المللی کنترل حرکتی و مدرسه تابستانی سالانه کنترل حرکتی تاسیس شد.

تقریبا در همان زمان ، محققان جوان و پرانرژی از آکادمی تربیت بدنی در کاتوویتس (لهستان) تصمیم گرفتند مجموعه ای از جلسات کنترل حرکتی را در کشور خود آغاز کنند. اولین زوج آن جلسات، در سال های 2000 و 2004، از نظر اندازه و دامنه نسبتاً متوسط ​​بودند. با این حال، در طول سال ها، این سری از جلسات به یک رویداد بزرگ بین المللی در کنترل حرکتی پایه و کاربردی تبدیل شده است که شرکت کنندگان را از سراسر جهان جذب می کند. تقریباً در همان زمان، “ژورنال حرکت شناسی انسانی”، که توسط محققانی از لهستان نیز رهبری می‌شود، از یک مجله رفتاری کاملاً کاربردی به یک انتشار بسیار گسترده‌تر با نمایش قابل توجهی از مطالعات کنترل حرکت تبدیل شده است. در حال حاضر، «مجله حرکت شناسی انسانی» از احترام فزاینده ای در جامعه علمی بین المللی برخوردار است که در ضریب تأثیر آن منعکس شده است.

ما مشتاقانه انتظار داشتیم که در سپتامبر 2020 یک جلسه کنترل حرکتی موفق تر برگزار شود، اما همه گیر COVID-19 برگزارکنندگان را مجبور کرد جلسه را لغو کنند. با این حال، این شماره ویژه نقش یک اطمینان فروتنانه را ایفا می کند که یک سنت قوی و حتی عزم قوی تر برای ادامه تحقیقات در زمینه کنترل حرکتی در حال اجرا وجود دارد.

حال: جنبه های مختلف کنترل حرکتی

مطالعات پیشگامانه فوق الذکر از فلدمن در دهه 1960 با توسعه فعال فرضیه EP به حرکات چند ماهیچه ای، چند مفصلی و کل بدن دنبال شد. اکنون این رویکرد به عنوان نظریه کنترل با مختصات مرجع فضایی شناخته می شود. این یک زمینه فعال در حال توسعه با کاربردهای مختلف از مجموعه عوامل، وظایف و جمعیت است. از کنترل حرکتی فراتر رفته و کاربردهایی را در زمینه های مرتبط مانند ادراک و شناخت حرکتی ارائه داده است. ما همچنین می خواهیم بر کاربردهای بسیار امیدوارکننده و مهم این نظریه برای حرکات اختلال و توانبخشی حرکتی در بیماران عصبی تأکید کنیم.

زمینه دیگری از مطالعات فشرده، در رابطه با هماهنگی حرکتی ، به شدت با ایده کنترل با مختصات مرجع مرتبط است. مشکلات هماهنگی زمانی پدید می‌آیند که تعداد نسبتاً زیادی از عناصر در یک کار حرکتی درگیر می‌شوند که با تعداد نسبتاً کم محدودیت‌های کار مشخص می‌شود، بنابراین راه‌حل‌های متعددی را ممکن می‌سازد. این مشکلات مربوط به مشکل معروف و کلی حرکتی است که سالها پیش توسط برنشتاین فرموله و توسعه بافت. یک رویکرد خاص برای هماهنگی مطالعات بین مجموعه‌های اثرگذار در دهه‌های 1970 تا 1980 بر اساس ایده‌ها و ابزارهایی از حوزه سیستم‌های دینامیکی ارائه‌شده توسط: اسکات کلسو، پیتر کوگلر و مایکل توروی ، توسعه یافت که بر تعامل متغیر زمانی بین اثرگذارها تأکید داشته، و همچنین با محیط منجر به شکل گیری الگوهای حرکتی پایدار می شود. بعدها، این رویکرد منجر به معرفی فرضیه فراوانی کنترل نشده (UCM) شد که به راحتی با ایده فراوانی حرکتی سازگار بود. فرضیه UCM در حال حاضر یکی از قوی‌ترین و توسعه‌یافته‌ترین‌ها در زمینه کنترل حرکتی است. به طور خاص، منجر به پیدایش جعبه ابزار برای تجزیه و تحلیل: پایداری حرکات عملکردی تولید شده، توسط مجموعه های فراوان از عناصر متعدد شد. نمونه‌های امیدوارکننده‌ای از کاربرد این روش برای آنالیز بیماران مبتلا به اختلال هماهنگی و اختلال در ثبات حرکات وجود دارد.

ما در اینجا می خواهیم بر سهم بسیار مهم دکتر جان شولتز، دانشمند درخشان و نجیب زاده واقعی که چندین سال پیش درگذشت، تأکید کنیم. جان نیروی محرکه اصلی توسعه اولیه و فعال مفهوم UCM و کاربردهای آن بود. او مطالعات اساسی متعددی انجام داد و بسیاری از همکاران جوان را که در حال حاضر در زمینه کنترل حرکتی فعال هستند، آموزش داد.

زمینه کنترل حرکتی در توسعه خود، با سایر زمینه های مطالعات حرکتی آمیخته شده است. ظهور ابزارهای جدید و اکتشافات عمده در حوزه های مرتبط نقش مهمی در شکل گیری ایده ها در کنترل حرکتی داشته است. ما نمی‌توانیم در اینجا به تمام کمک‌های مهمی که در سال‌های گذشته در زمینه‌های فیزیولوژی عصبی، بیومکانیک و روان‌شناسی انجام شده است اشاره کنیم. حوزه کنترل حرکتی بدون آثار آپوستولوس جورجوپولوس، استن گریلنر، جیم هوک، جان روتول، دیوید روزنباوم، مایکل توروی و ولادیمیر زاتسیورسکی در جایی که اکنون است، قرار نمی گرفت. علاوه بر این، بینش های مهمی از مطالعات در زمینه های کاربردی مانند یادگیری حرکتی و سازگاری، عملکرد برتر ورزشی، اختلالات حرکتی، روباتیک و پروتز به دست آمده است. این مقاله خاص شامل ترکیبی از مقالات نظری، تجربی و بالینی است که بسیاری از زمینه های ذکر شده مطالعات حرکت را نشان می دهد.

آینده: کنترل حرکتی در لهستان و فراتر از آن

کنترل حرکتی یک رشته بسیار جوان است که برای تحقیقات و اکتشافات جالب کاملا گسترده است. همانطور که در عبارت آغازین ذکر شد، این زمینه بر اساس قوانین طبیعت است. همانطور که یکی از مشهورترین فیزیکدانان قرن بیستم، اروین شرودینگر گفت: “اگر قوانین طبیعت را در بدن انسان منسوخ کنید، می توانید هر چیزی را توضیح دهید.” این جمله کنایه آمیز معادل این است که بگوییم: “…شما نمی توانید هیچ چیز را توضیح دهید.” به همین دلیل است که با تمام احترام به زمینه هایی مانند مکانیک و تئوری کنترل، می خواهیم نسبت به تأکید بیش از حد بر اهمیت آنها برای کنترل حرکتی هشدار دهیم. البته، حرکات بیولوژیکی قوانین مکانیک کلاسیک را نقض نمی کنند، اما این قوانین به خودی خود قادر به پیش بینی آنچه که یک حیوان در بیشتر موقعیت های طبیعی انجام می دهد، نیستند. به عبارت دیگر ، برخلاف حرکات اجسام بی جان ، قوانین مکانیک کلاسیک فقط حرکات بیولوژیکی را محدود می کند اما آنها را تجویز نمی کند. نظریه کنترل برای رسیدگی به مسائل مربوط به کنترل عصبی حرکت ایجاد نشده است. هنگامی که برای اشیاء مصنوعی و ساخته دست بشر، از موشک های بالستیک گرفته تا روبات ها، استفاده می شود، بسیار قدرتمند است. در کاربردهای تئوری کنترل برای حرکات بیولوژیکی فرض شده که ساختارهای درون بدن محاسبات مربوط به فعل و انفعالات بین اعضای مختلف بدن ، و اعضای بدن با محیط را انجام می دهند. اغلب، چنین فرضیاتی شامل محاسبه انتگرال متغیرهای برجسته در آینده است. اینها فرضیه های بسیار قوی هستند که با «قوانین تعلیق طبیعت» مانند نقل قول ارائه شده از شرودینگر هم راستا هستند.

این آموزنده است که چنین محاسباتی درونی در زمینه های فیزیولوژی که سایر عملکردهای بدن مانند فیزیولوژی قلب ، فرآیندهای هضم ، فیزیولوژی غشاء ، فیزیولوژی عضلانی و غیره را مطالعه می کنند ، هرگز بکار برده نمی شود. فرض بر این است که هیچ “مدل داخلی” از کبد در هیچ کجای CNS وجود ندارد. با این حال، هنگامی که مغز شروع به ایفای نقش می کند، بسیار وسوسه انگیز است که فرض کنیم فرآیندهای جادویی در این ساختار معمایی وجود دارد که منجر به محاسبه تمام عملکرد زمانی مورد نیاز متغیرهای عصبی فرضی بر اساس مکانیک مورد نظر می شود. بدیهی است که یک جایگزین، جست‌وجوی تعاملات بین نورون‌ها بر اساس قوانین طبیعت است که می‌تواند مبنایی برای مراحل مختلف در فرآیند ایجاد حرکات ارادی؛ از انتخاب یک هدف، تعیین زمان‌بندی عمل، و اطمینان از ثبات آن با درگیری هماهنگ عناصر متعدد مانند اندام ها، مفاصل، انگشتان، عضلات، واحدهای حرکتی و غیره، باشد. مسلما امیدوار کننده ترین رویکرد به این مجموعه از مسائل، توسط گروه گرگور شونر در قالب نظریه میدان دینامیکی توسعه یافته است.

تحولات اخیر در زمینه کنترل حرکتی و زمینه های مرتبط در لهستان واقعا قابل توجه بوده است. علاوه بر ابتکارات ذکر شده مانند مجموعه کنفرانس های کنترل حرکتی و توسعه “ژورنال حرکت شناسی انسانی”، همکاران لهستانی میزبان مدرسه تابستانی کنترل حرکت بودند و تعدادی کارگاه آموزشی متمرکز بر کنترل حرکتی ترتیب دادند. ما می خواهیم بر کمک های ارزشمند دو نفر در توسعه مطالعات حرکت در لهستان تأکید کنیم که متأسفانه چندی پیش درگذشتند.

پروفسور یواخیم راچک بنیانگذار دپارتمان رفتار حرکتی در آکادمی تربیت بدنی بود. او آکادمی را برای تأثیرات دنیای علمی افتتاح کرد. او یک جنبش روحی واقعی بود که تغییرات عظیمی را در علم لهستان به ویژه در کاتوویتس ایجاد کرد. او به عنوان یک دانشمند بر آمادگی استقامتی در کودکان و جوانان و همچنین ورزشکاران نخبه تمرکز کرد. پروفسور راچک دو دهه آخر کار خود را به حوزه رفتار حرکتی انسان اختصاص داد. او اصطلاح “توانایی های هماهنگی” را برای پرداختن به روند متعادل رشد، بلوغ و فعالیت بدنی معرفی و توسعه داد. این به اصطلاح “توانایی های هماهنگی” که به طور گسترده در چندین کشور اروپایی مانند آلمان، جمهوری چک و روسیه به رسمیت شناخته شده است، هنوز در بسیاری از کتاب های آموزشی تربیت بدنی و تمرین ورزشی وجود دارد. در همان زمان، پروفسور راچک مفهوم پس زمینه پردازش توانایی های هماهنگی را توسعه داد. او و همکارانش اولین کسانی بودند که مفهوم UCM را به زبان لهستانی معرفی کردند

(در ترجمه: niezależna podprzestrzeń współzależnych elementów). پروفسور راچک چند سالی را در دانشگاه های آلمان گذراند، برخی از نظریه های مطرح شده توسط کورت مینل، پل بالتس و دیگر دانشمندان آلمانی به فلسفه علم او نزدیک بود. جایگاه بسیار ویژه ای در ذهن او برای نظریه های مطرح شده توسط نیکولای برنشتاین محفوظ بود. پروفسور یواخیم راچک در ژانویه 2019 درگذشت.

جامعه کنترل حرکتی به طور کلی با درگذشت دوست شخصی بسیار صمیمی ما، دانشمند درخشان، اسلوبودان جاریک متحمل ضرر بزرگی شد. اسلوبودان در اوج بهره وری علمی، پر از ایده های نو و شروع همکاری های جدید بود. او از سمت طولانی مدت خود در دانشگاه دلاور بازنشسته شد و به خانه خود در بلگراد نقل مکان کرد تا دو سمت را در دانشگاه بلگراد و آکادمی تربیت بدنی در کاتوویتس بر عهده بگیرد. او در حال توسعه روش های جدید برای آزمایش ظرفیت های مکانیکی عضلانی بود که بلافاصله توجه جامعه علمی را به خود جلب کرد، و همزمان به عنوان مربی و معلم خصوصی بسیار فعال بود. ما به شدت دلتنگ سهم او در این شماره ویژه هستیم.

اگرچه لهستان هنوز به جایگاه مرکز علمی جهان نرسیده است، اما تحقیقات کنجکاوی محور، و تصمیم اساتید و دانشجویان باعث شده است که کاتوویتس به عنوان مرکز مهم مطالعات کنترل حرکتی شناخته شود. در عین حال، چندین گروه تحقیقاتی که در پوزنان، وروتسواف و وارشوو کار می کنند، به مشارکت کنندگان اصلی در زمینه مطالعات حرکت تبدیل می شوند. ما امید به کنفرانس های متداول کنترل حرکتی در لهستان داریم. فراتر از این شماره ویژه برای سالهای آینده ادامه خواهد یافت.