Физиологические основы тренировки двигательного навыка

22.2.1. Развитие силовых качеств мышц

Тренировка двигательного навыка увеличивает произвольную силу мышцы или группы мышц. Силу мышечного сокращения можно контролировать по массе груза, который поднимает человек. У нетренированного человека произвольная активация мышцы может быть недостаточной для того, что­

бы развить максимальную силу сокращения. Развитие силы мышц при тренировке является результатом так называемой периферической и цен­тральной адаптации мышцы к физической нагрузке, или «нервным трени­рующим эффектом». Начальный этап развития мышечной силы включает формирование правильной последовательности активации мышц. Под этим подразумевается точность выполнения специфического произвольно­го задания, например выполнение движения рукой, когда сустав должен быть согнут под определенным углбм и движение выполняется с опреде­ленной скоростью.

Поперечное сечение мышцы. При физической тренировке рост макси­мальной произвольной силы мышцы прямо зависит от увеличения площа­ди ее поперечного сечения. Однако анатомическое поперечное сечение мышцы, представляющее собой проходящую через середину мышцы пер­пендикулярно ее волокнам плоскость, при физической тренировке не уве­личивается в той же степени, как максимальная произвольная сила мыш­цы. Способность мышцы развивать силу зависит от ее физиологического поперечного сечения и напряжения. Так, физиологическое поперечное се­чение (плоскость, пересекающая максимальное количество волокон мыш­цы) в мышцах ноги человека в 2—8 раз больше их анатомического попе­речного сечения. На зависимость между силой мышцы и ее физиологиче­ским поперечным сечением влияют такие факторы, как специфическое напряжение, изменения типа мышечных волокон, архитектуры мышечных волокон и сухожилий и т. д.

Максимальная сила мышцы. При физической тренировке максимальная произвольная сила мышечного сокращения возрастает примерно в три раза больше, чем максимальная тетаническая сила сокращения мышцы, которую можно вызвать искусственным электрическим раздражением дви­гательного нерва у нетренированного человека. Максимальная произволь­ная сила двустороннего сокращения мышц-синергистов меньше, чем сила, развиваемая при одностороннем максимальном произвольном сокращении одной группы мышц. При этом в норме отношение билатеральной макси­мальной силы к суммарной силе, развиваемой, например, мышцами пра­вой и левой руки, составляет порядка 90 %. Физическая тренировка сни­жает билатеральный дефицит в показателях максимальной произвольной силы.

22.2.2. Физиологические механизмы формирования трудовых навыков

В процессе трудовой деятельности человека формируются различные дви­гательные умения и навыки, составляющие основу его поведения.

Двигательные умения — способность на двигательном уровне справлять­ся с новыми задачами поведения. Двигательные навыки — это освоенные и упроченные действия, которые могут осуществляться человеком без уча­стия сознания (автоматически) и обеспечивают оптимальное решение дви­гательной задачи.

Любые навыки: бытовые, профессиональные, спортивные — не являют­ся врожденными движениями. Они приобретаются в ходе индивидуального развития человека. Комплекс нейронов, обеспечивающих формирование двигательных навыков у человека, располагается в различных отделах нервной системы, становясь доминантой, т. е. господствующим очагом возбуждения в центральной нервной системе. Он подавляет деятельность других нервных центров и, соответственно, «лишних» скелетных мышц. В результате движения выполняются все более экономно, при включении лишь самых необходимых мышечных групп, и лишь в те моменты, кото­рые нужны для его осуществления. Происходит экономизация энерготрат.

Порядок возбуждения в доминирующих нервных центрах закрепляется в виде системы условных и безусловных рефлексов и сопровождающих их вегетативных реакций, образуя двигательный динамический стереотип. Ка­ждый предшествующий двигательный акт в этой системе запускает сле­дующий, облегчает выполнение целостного комплекса двигательных актов и освобождает сознание человека от контроля за каждым его элементом.

Процесс обучения двигательному навыку у человека начинается с побу­ждения к действию, которое задается подкорковыми и корковыми мотива­ционными зонами. У человека это, главным образом, стремление к удовле­творению определенной социальной потребности (желание заниматься данным видом труда, преуспеть в нем и пр.).

На первом этапе формирования двигательного навыка возникает замы­сел действия, осуществляемый ассоциативными зонами коры больших по­лушарий (переднелобными и нижнетеменными). Вначале это лишь общее представление о двигательной задаче, которое возникает либо при показе движения другим лицом, либо после словесной инструкции, самоинструк- ции, речевого описания. В сознании человека создается определенный эта­лон требуемого действия. Формирование такой наглядно-образной модели складывается из образа ситуации в целом (задаваемые пространственные и временные характеристики двигательной задачи) и образа тех мышечных действий, которые необходимы для достижения цели. Имея представление о требуемой модели движения, человек может осуществить ее разными мышечными группами. Так, например, подпись человека имеет характер­ные черты, независимо от мышечных групп, выполняющих ее (пальцы, кисть, предплечье).

На втором этапе обучения двигательному навыку начинается непосред­ственное выполнение разучиваемого упражнения. При этом отмечаются три стадии формирования двигательного навыка: 1) стадия генерализации (иррадиации возбуждения); 2) стадия концентрации; 3) стадия стабилиза­ции и автоматизации.

На первой стадии созданная модель становится основной для перевода внешнего образа во внутренние процессы формирования программы соб­ственных действий. На ранних этапах онтогенеза, когда речевая регуляция движений (внешней речью постороннего лица или внутренней собствен­ной речью) еще не развита, особое значение имеют процессы подражания, общие у человека и животных. Наблюдая за действиями другого лица и имея некоторый опыт управления своими мышцами, ребенок превращает свои наблюдения в программы собственных движений.

Некоторые особенности программирования движений у человека отра­жаются в межцентральных взаимосвязях электрической активности мозга. Можно видеть, например, что при наблюдении за выполнением бега по­сторонним лицом в коре больших полушарий у наблюдающего человека появляются потенциалы в темпе этого бега (своеобразная модель наблю­даемого движения). При представлении и при мысленном выполнении движений пространственные взаимосвязи мозговой активности начинают отличаться от состояния покоя и приближаться к таковым при реальной работе, появляется небольшая биоэлектрическая активность в нужных для выполнения реального движения мышцах. Этим объясняется тренирующее воздействие на формирование двигательного навыка идеомоторного (мыс­ленного) выполнения упражнений. В создании двигательных программ принимают участие многие нейроны коры, мозжечка, таламуса, подкорко­вых ядер и ствола мозга. Обширное вовлечение множества мозговых эле­ментов необходимо для поиска наиболее нужных из них. Этот процесс обеспечивается широкой иррадиацией возбуждения по различным зонам мозга и сопровождается обобщенным характером (генерализацией) пери­ферических реакций со стороны скелетных мышц. Стадия генерализации характеризуется напряжением большого числа активированных скелетных мышц, их продолжительным сокращением, одновременным вовлечением в движение мышц-антагонистов. Все это нарушает координацию движений, делает их закрепощенными, приводит к значительным энерготратам и, со­ответственно, излишне выраженным вегетативным реакциям. Например, подобные реакции можно наблюдать у человека, который впервые сел за руль автомобиля.

На второй стадии формирования двигательного навыка происходит концентрация возбуждения в необходимых для его осуществления корко­вых зонах. В других зонах коры активность подавляется одним из видов условного внутреннего торможения — дифференцировочным торможени­ем. При формировании сложных двигательных программ концентрация возбуждения происходит в сложной системе различных корковых зон, за­интересованных в управлении движениями. Между ними устанавливается высокий уровень пространственной синхронизации электрической актив­ности (синхронность и синфазность колебаний потенциалов), который от­ражает их функциональные взаимосвязи. На этой стадии двигательный на­вык уже сформирован. Включаются лишь необходимые мышечные группы и только в нужные моменты движения. В результате рабочие энерготраты снижаются. Однако сформированный навык еще очень непрочен и нару­шается при любых новых раздражениях (вождение автомобиля в условиях интенсивного городского движения сразу после автодрома, появление вне­запной опасности на дороге и т. д.).

На третьей стадии в результате многократного повторения навыка в разнообразных условиях появляются стабильность и надежность двига­тельного навыка, снижается сознательный контроль над его элементами, т. е. возникает автоматизация навыка. Внешние раздражения на этой ста­дии лишь подкрепляют рабочую доминанту данного двигательного навыка, не разрушая ее. Большая часть посторонних афферентных потоков не про­пускается в спинной и головной мозг: специальные команды из вышеле­жащих центров вызывают пресинаптическое торможение импульсов от пе­риферических рецепторов, препятствуя их доступу в спинной мозг и вы­шележащие центры. Этим обеспечивается защита сформированных двига­тельных программ от случайных влияний и повышается надежность сфор­мированных навыков.

Процесс автоматизации не означает выключения коркового контроля за выполнением движения. Однако в этой системе центров снижается уча­стие лобных ассоциативных отделов коры, что, по-видимому, и отражает снижение его осознаваемости.

Особое значение в отработке моторных программ имеют обратные свя­зи между вовлеченными в исполнение двигательных навыков скелетными мышцами и управляющими ими нервными центрами. Информация, по­ступающая в нервные центры при движении, служит для сравнения полу­ченного результата с имеющимся в этих центрах эталоном. При их несов­падении в мозговых аппаратах сравнения (лобных долях, подкорковом хвостатом ядре) возникают импульсы рассогласования и в программу вно­сятся поправки — сенсорные коррекции. При кратковременных движениях рабочие фазы настолько малы (составляют сотые и тысячные доли секун­ды), что сенсорные коррекции по ходу движения вносить невозможно. В этих случаях вся программа действия должна быть готова до начала дви­гательного акта, а поправки могут вноситься при его повторениях.

В системе обратных связей различают «внутренний контур» регуляции движений, передающий информацию в нервные центры от двигательного аппарата и внутренних органов (в первую очередь —от рецепторов мышц, сухожилий и суставных сумок), и «внешний контур», несущий сигналы от экстерорецепторов (главным образом, зрительных и слуховых). При пер­вых попытках выполнения движений, благодаря множественному и неоп­ределенному характеру мышечной афферентации, основную роль в систе­ме обратных связей играют сигналы «внешнего контура» — зрительный и слуховой контроль. Поэтому на начальных этапах освоения двигательных навыков для облегчения процесса обучения так важно использовать зри­тельные ориентиры и звуковые сигналы. По мере освоения навыка «внут­ренний контур» регуляции движений приобретает все большее значение, обеспечивая автоматизацию навыка, а значимость «внешнего контура» снижается.

Большую роль в процессе моторного научения играет речевая регуляция движений (словесные указания педагога, внутренняя речь обучаемого). В высших отделах мозга (кора больших полушарий и подкорковые образо­вания) человека обнаружены специальные «командные» нейроны, которые реагируют на словесные приказы и запускают нужные действия.

22.2.3. Работоспособность

Работоспособность — это свойство человека на протяжении длительного времени и с определенной эффективностью выполнять максимальное ко­личество физической или умственной работы. На работоспособность чело­века влияют внешние (характер труда, условия окружающей среды, режи­мы труда, отдыха и т. д.) и внутренние факторы (мотивация, степень со­вершенства трудовых навыков, функциональные резервы человека).

Работоспособность фазно изменяется на протяжении рабочей смены. Так, фаза врабатывания характеризуется повышением активности ЦНС и уровня обменных процессов в организме человека, усилением деятельно­сти сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Фаза врабатывания короче при физическом труде, чем при умственном.

Фаза относительно устойчивой работоспособности характеризуется опти­мальным уровнем функционирования систем организма и максимальной эффективностью труда. Время устойчивой работоспособности тем меньше, чем больше физическая тяжесть и нервная напряженность труда.

Фаза снижения работоспособности связана с развитием утомления. В конце рабочего дня возникает фаза вторичного повышения работоспособ­ности. которая обусловлена условно-рефлекторными механизмами и свя­зана с предстоящим концом работы и отдыхом.