ДВИГАТЕЛЬНЫЕ КООРДИНАЦИИ

Abstract

TIME OF REACTION AS INDEX OF COORDINATION COMPLEXITY OF PHYSICAL EXERCISE

N.A. Orlova, Ph.D., St.-Petersburg state P.F. Lesgaft's academy of physical culture, Saint Petersburg

Key words: time of motor reaction, programming of motion, physical exercise, education, V.I. Alekseev's sports school

The object of the research was the definition of the dependence of the latent period of motion reaction from the coordination complexity of motors component. The registration of the time of reaction realized by the electrical chronometer with the minimal interval in 1 ms. 18-22 athletes, who had different qualification and specialization participated In the experiment. The time of reaction increase with the enlargement of the difficulty of physical exercises. The difficulty of physical exercises define to the structure and volume of the motions programs, to the degrees of coordination working programs, to the quantity changes of direction in the joint, to the size of external weight, to the muscles moments of starting positions. The regularity of the coordination complexity of motions activity was used for basing the means of physical and technical preparation in the V.I. Alekseev's athletics school.

ВРЕМЯ РЕАКЦИИ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ КООРДИНАЦИОННОЙ СЛОЖНОСТИ ФИЗИЧЕСКОГО УПРАЖНЕНИЯ

Кандидат педагогических наук Н.А. Орлова
Санкт-Петербургская государственная академия физической культуры им. П.Ф. Лесгафта, Санкт-Петербург

Ключевые слова: время двигательной реакции, программирование движений, физические упражнения, обучение, спортивная школа В.И. Алексеева.

Организация движений во времени привлекает внимание ученых вот уже более двух столетий. Первые опыты по изучению времени реакции у человека были проведены с целью предотвращения ошибок при наблюдениях за движением небесных светил [4]. Оказалось, что время реакции зависит от того, на каком компоненте движения концентрируется внимание - сенсорном или моторном. Дальнейшая разработка этой проблемы шла по пути определения влияния модальности и силы раздражителя на время двигательной реакции. Кроме того, время реакции использовалось в качестве оценки функционального состояния нервной системы. Так, при изучении спортивной деятельности была показана зависимость длительности двигательной реакции от стартового возбуждения, значимости состязания, степени тренированности, утомления, двигательного опыта, разминки [13, 16]. В этих исследованиях двигательный акт в ответ на стимул носил элементарный характер, с упрощенной двигательной задачей (например, нажатие пальцем на кнопку), что подтверждается результатами работ М.А. Годика [9] и В.М. Зациорского [12] о независимости составляющих времени реакции от других характеристик быстроты: максимальной частоты циклических движений и длительности одиночного движения. Однако остается открытым вопрос о тесноте связи времени реакции на стимул с последующими компонентами двигательной структуры, в том числе координационной.

Дальнейшее приращение знаний в этой области заключалось в исследовании так называемой сложной двигательной реакции, связанной с формированием ее центрального звена, с психической деятельностью. Первые попытки соотнести время произвольной двигательной реакции с определенными психическими процессами человека принадлежат психофизиологам Ф. Дондерсу и З. Экснеру. Варьируя экспериментальные переменные, они измеряли время, необходимое для различения сигналов, а также выбора одного из нескольких ответных движений, и показали, что длительность реакции во многом определяется центральным нервным звеном структуры движения. Дополнительное время, по их мнению, требуется на развертывание психических процессов - представления о сигнале и движении в ходе решения задачи. Таким образом определялась зависимость длительности двигательной реакции от психической установки человека в момент, предшествующий реакции, и в ходе реагирования, от дополнительной информации об истинном времени предыдущих реакций и величине допускаемых ошибок в процессе антиципирующих реакций и т.д. [4, 6, 7, 15, 24, 25, 27, 30].

В соответствии с современными представлениями центральное звено не только согласует движение с чувствованием, но и формирует моторную программу и пусковой сигнал [11, 29]. В этой связи время двигательной реакции используют также в качестве критерия формирования и реализации программы движений - некоего алгоритма, состоящего из команд, имеющих конкретную последовательность возбуждения и торможения нервных центров [5, 10, 14, 18, 20, 21, 22]. Наиболее подробно в работах по инженерной психологии изучалось время программирования "следящих" движений для описания поведения оператора, управляющего технической системой. Время программирования (латентной стадии двигательного действия) является прямой функцией сложности моторного ответа: время программирования элементарного движения (нажатие на кнопку) меньше, чем более сложного - дискретного слежения [33]. В работах Д. Гленгросса [31], Д. Лазло и Д. Ливеси [36] многократно подтверждено, что точностные движения требуют более длительного периода для формирования нервной модели. Время программирования зависит также от общего времени движения, от числа "микродвижений" - операций, входящих в целостное действие [32, 35]. Например, латентное время в задачах на перемещение органа управления с одновременным нажатием вмонтированной в него кнопки мыши больше, чем латентное время такого же движения, но без нажатия на кнопку. На длительность программирования действия влияют пространственные характеристики движения - число направлений и амплитуда движений [34].

Н.Д. Гордеева [10] на богатом экспериментальном материале определила длительность и характер программирования движений в целостном двигательном действии, меняющемся по направлению, амплитуде, скорости, траектории. При этом сложность двигательной задачи (ответной реакции) определялась организацией тестового материала, который в виде различных целей и матриц подавался на экране (стенде). Испытуемому необходимо было движением руки управлять рычагом для совмещения индекса с целью. В данном случае, по существу, изучалось не столько движение, сколько количество и характер сигналов, обусловливающих его (расположение на экране, частота предъявления). В следящих движениях также главным образом изучается режим работы мозга [28]. Они не являются сложными с точки зрения их моторной организации.

Цель исследования заключалась в определении зависимости латентного периода двигательной реакции (ЛПДР) от сложности моторного компонента двигательного действия. В качестве объекта исследования были выбраны спортивные движения, характеризующиеся значительными усилиями и количеством участвующих в движении мышц, большим размахом перемещений и сменой их направления. В этой связи в нашей работе ЛПДР рассматривался: в роли теста, по которому оценивалась мера взаимодействия элементов двигательной системы; как время, необходимое для формирования центральной двигательной программы; как время сенсорной коррекции в ответ на помеху. Моторный компонент реакции в экспериментах варьировал: 1) по направлению суставных движений; 2) по количеству одновременно реализуемых двигательных программ (одна, две); 3) по величине мышечных усилий; 4) по особенностям формирования мышечных моментов.

Методика исследования. Время реакции на звуковой сигнал (щелчок хлопушки) регистрировалось электронным хронометром (минимальный интервал - 1 мс) до момента отрыва большого пальца от кнопки, расположенной в руке. Измерения производились как в основной стойке перед выполнением упражнений, так и в различные моменты двигательного действия (в любой его фазе). При этом основное двигательное действие выполнялось испытуемым с приемлемой для него скоростью. Также определялся латентный период спортивных двигательных действий (упражнение со штангой, прыжок). Предварительно давалась установка на правильное и быстрое выполнение
упражнения.

Для увеличения объема статистической выборки и достоверности результатов эксперимента испытуемый делал три попытки в каждом задании. В эксперименте участвовали спортсмены от 18 до 22 лет различной квалификации и специализации. Всего произведено 831 измерение. Полученные количественные данные обрабатывались с использованием пакета прикладных программ STATGRAPHICS Plus for Windows. Рассчитывались числовые характеристики выборки (n): среднее арифметическое (х), стандартное отклонение (S). Определялся характер распределения результатов по критерию хи-квадрат (c²). Установлено, что распределение соответствует нормальному закону. Оценивалась достоверность различий средних арифметических с помощью t-критерия Стьюдента для независимых выборок.

Результаты исследования и их обсуждение. Эксперимент 1.

В табл. 1 приведены данные, характеризующие время реакции при решении различных двигательных задач: в основной стойке, при движении руками в одной (сагиттальной) и трех (сагиттальной, горизонтальной, фронтальной) плоскостях. Наименьшее время реакции - в основной стойке, когда сопутствующее действие (обеспечение устойчивой позы) представляет собой относительно простую координационную задачу. Усложнение задачи - реагирование отрывом пальца от кнопки в ответ на сигнал при дополнительных движениях руками (сигнал подавался без определенного порядка в различные фазы) - по-разному изменяет ЛПДР. Наиболее приемлемой теоретической основой для объяснения полученных результатов могут быть положения Н.А. Бернштейна как об исключении избыточных степеней свободы в качестве основной задачи координации движений, так и об их многоуровневой регуляции. Чем больше и чаще в пространстве изменяется траектория движений тела и его звеньев, тем сложнее координационная задача. Время реакции на пусковой раздражитель при движении руками в трех плоскостях больше, чем в одной плоскости. На величину двигательной реакции влияет также характер движения в гравитационном поле: время реакции при движении руками вверх больше, чем при движении руками вниз. Причиной может быть то, что антигравитационное движение осуществляется за счет активного осознанного уровня регуляции, тогда как опускание рук может быть обеспечено их расслаблением, т.е. без участия сознания.

Полученные факты дополняют представления о программирующем и корригирующем механизмах мышечной активности. В двигательных действиях с большим количеством элементов и, следовательно, с большим количеством переходных процессов, связанных с изменением направления суставных движений, требуется больше времени на формирование центральной программы. В двухфазном действии скрытый период двигательной реакции значительно меньше, чем в аналогичных фазах четырехфазного двигательного действия. Кроме того, время реакции на сторонний раздражитель, подаваемый в различные фазы основного действия, можно рассматривать как время сенсорной коррекции. Длительность сенсорной коррекции зависит от момента возникновения помехи относительно начала основного действия (движений руками); чем меньше интервал времени между началом движения и моментом появления сигнала (помехи), тем больше время сенсорной коррекции, и наоборот. Это подтверждает мнение некоторых исследователей, утверждающих, что вначале движение осуществляется по отработанной программе, управляется без участия механизмов обратной связи; оно корректируется только в последующих фазах [10, 37].

Таблица 1. Время реакции в основной стойке и при движениях руками в двух и четырех направлениях

Примечание. Достоверность различий существует между показателями времени реакции в различных фазах отдельного двигательного действия, кроме результатов во 2-й и 3-й фазах, при движениях руками в четырех направлениях, а также между показателями времени реакции в основной стойке и отдельными фазами двигательных действий.

Время реакции характеризует также меру взаимодействия параллельно работающих программ. В двигательной системе, включающей позу и движение пальца, взаимодействия осуществляются быстрее, чем в двигательной системе - движение руками и движение пальцем. Возможно, причиной является то, что организация позы и мануального движения (движение пальцем) осуществляется различными уровнями построения движения: поза тела в зоне устойчивого равновесия обеспечивается нижележащими отделами центральной нервной системы, а осознанное движение - реакция пальцем руки - вышележащими. Таким образом, в этой двигательной системе регуляция устойчивой позы и движения пальцем реализуется автономно, почти независимо друг от друга, и, следовательно, взаимодействия между двигательными программами несущественные. В двигательной системе, программы которых предусматривают реализацию двух осознанных двигательных действий на одном уровне, взаимодействия более тесные. По мнению М.Б. Беркинблита, И.М. Гельфанда, А.Г. Фельдмана, в таких двигательных системах работа одной локальной программы является внешним возмущением (помехой) для работы другой локальной программы. "Им (программам) все равно, что отклоняет их от цели: внешний толчок, сдвиг собственного параметра или воздействие параллельно работающей программы. Отклонение от цели во всех случаях будет ликвидироваться" [2, с. 50]. Программы, которые тесно взаимодействуют с другими программами, становятся адаптивными, а программа, работающая автономно от всех других, формируется жесткой.

Эксперимент 2. В этом эксперименте задача ограничивалась изучением зависимости времени реакции от величины проявляемой силы при выполнении упражнений со штангой различного веса. В жиме штанги лежа предлагалось четыре задания: 1) выполнение упражнения без отягощения; 2) выполнение упражнения с отягощением 30% от максимального; 3) выполнение упражнения с отягощением 50% от максимального; 4) выполнение упражнения с отягощением 70% от максимального (табл. 2). С увеличением внешнего отягощения и, следовательно, мышечных усилий время реакции возрастает. Это можно объяснить, во-первых, психической установкой: мысль о том, что движение будет с большим отягощением, увеличивает длительность формирования центральной программы. Во-вторых, работа, требующая проявления значительной силы мышц, обеспечивается за счет рекрутирования новых двигательных единиц, т.е. вовлечения большего количества мышечных волокон и иннервирующих их нервных центров, и за счет нарастания частоты импульсации [8].

В 3-м эксперименте ставилась задача изучить влияние условий формирования мышечных моментов на время реакции. Для этого регистрировалось время реакции при прыжке (выпрыгивании) вверх толчком двумя ногами, выполняемым из различных исходных положений - приседа и полуприседа, отличающихся биомеханикой мышечных моментов в исходных положениях. Присед характеризуется меньшим напряжением мышц для поддержания позы за счет нагрузки на связки, сухожилия и суставные сумки. Полуприсед - статическое положение, которое обеспечивается значительным напряжением мышц. По субъективной оценке спортсменов присед является удобной позой, полуприсед - неудобной. В первом случае время реакции оказалось меньше, чем во втором (табл. 3). При выпрыгивании из неудобной позы (полуприседа) не только увеличивается время реакции, но и наблюдается большая вариативность этого значения.

Таблица 2. Время реакции при жиме штанги лежа в зависимости от нагрузки мышц, участвующих в движении

Примечание: р_1-2 - уровень значимости при сравнении результатов в 1 -й и 2-й строках; р - уровень значимости при сравнении остальных показателей времени реакции.

Для объяснения полученных результатов можно использовать представления А.А. Ухтомского и Н.А. Бернштейна [3, 26] о механизмах координации движений как об исключении избыточных степеней свободы. Поскольку регуляция движения осуществляется посредством упругих мышечных элементов наряду со степенями свободы в механическом понимании дополнительное влияние оказывают упруго-вязкие свойства мышц. В этом плане исходная поза в полуприседе представляет более сложную координационную задачу; мышечные связи ограничивают как увеличение, так и уменьшение межзвенного угла. При полном приседе ограничение подвижности обеспечивается жесткими костно-суставными связями.

К проведению исследования по данной проблеме нас подтолкнули результаты творческой деятельности выдающегося тренера по легкой атлетике В.И. Алексеева. Итогом его работы явились не только высокие достижения учеников (олимпийские медали, рекорды мира), но и новаторские находки в подготовке спортсменов.

Известно, что многие упражнения легкой атлетики (прыжок в длину, прыжок в высоту, метание копья и др.) отличаются частой сменой направления движений.С этим тесно связано изменение прикладываемых усилий. Смена направления движения - это самая ответственная часть упражнения: даже у спортсменов высокой квалификации при этом возникает задержка движений. Исследования В.В. Степанова [23], В.П. Муравьева [19] показали, что кинематика бега выдающихся спринтеров мало чем отличается от движений мастеров, кроме тех фаз, когда сгибание в сочленениях ног переходит в разгибание, и наоборот.

Важной стороной организации тренировочных занятий в спортивной школе В.И. Алексеева было использование общеподготовительных упражнений с частой сменой направления перемещений тела и его звеньев. Например, работая с гантелями, можно изменить траекторию движения: руки движутся вперед до горизонтального положения, в стороны, вверх, а затем в обратной последовательности. При этом шесть раз меняется направление движения, шесть раз - сочетание работы мышц, шесть раз корректируется двигательная программа. В подобных упражнениях решается более трудная двигательная задача. В.И. Алексеев реализовывал закономерности соревновательных упражнений в общей подготовке спортсменов, что создавало предпосылки совершенствования техники видов легкой атлетики.

Другой особенностью подготовки детей и подростков в школе Алексеева является выбор спортивных упражнений, в которых осуществлялась работа параллельных взаимодействующих программ движений. Среди таких упражнений были: прыжки со скакалкой на одной ноге в глубоком приседе (первая программа удерживает позу в трудных условиях ее поддержания, вторая - обеспечивает прыжок) или сидя на плечах у партнера, ноги зафиксированы на перекладине, опускание и поднимание туловища, руки за головой с поворотом при каждом опускании в ту или другую сторону (одна программа решает задачу поднимания и опускания туловища; другая - его поворота) [17]. Упражнения с одновременным решением нескольких двигательных задач совершенствуют координационные способности спортсменов. Это является эквивалентом надежности спортивной техники. Упражнения, осуществляемые по жестким программам, будут менее эффективными, так как в случае вмешательства других компонентов в двигательную систему ее работа может значительно ухудшиться.

При обучении В.И. Алексеев старался также учитывать по ходу выполнения удобные и неудобные (чувствительные) точки. Его ученики выполняли упражнения из необычных положений или со специально увеличенной амплитудой движений. Например, имитация техники движений из более низкого, чем обычно, приседа, старт в беге из упора на одной ноге. Такие упражнения повышали проприоцептивную (мышечную) чувствительность, которая в двигательной памяти оставляла больший след по сравнению с привычным выполнением упражнения. Виктор Ильич рассказывал про Н. Чижову - олимпийскую чемпионку в толкании ядра: "Порой для того чтобы "поймать" нужное ощущение, спортсменка толкала ядро или набивной мяч из самых невероятных положений, сотни раз выполняла специально созданные для этой цели упражнения. И постепенно она освоила не только новый ритм, новые детали техники, но и те тонкие мышечные ощущения, без которых невозможно овладеть высшим мастерством ни в одном виде спорта" [1, с.18]. Упражнения, которые начинались с "несуразных", тяжелых положений, сопровождались ощущением неудобства - невозможностью долго находиться в данной позе и затем быстро начинать движение (на раздумья требовалось время). Такие упражнения не только увеличивали мышечную чувствительность, но и связывали мысли с движением (для чего и как надо делать). Таким образом, осуществлялось воздействие на сознательную часть упражнения посредством их новизны, оригинальности, вариативности. Особенность творческого подхода к обучению у В.И.  Алексеева заключалось в том, что он расширял диапазон ощущений и восприятия, которые затем интегрировались с мыслительной деятельностью. Очевидно, все это обусловливало бурную реакцию организма и, следовательно, повышение координационного и физического потенциала спортсменов.

Таблица 3. Время реакции при прыжке, выполняемом из различных исходных положении

Литература

1. Алексеев делится опытом // Легкая атлетика. 1970, № 2, с. 15, 18-19.

2. Беркинблит М.Б., Гельфанд И.М., Фельдман А.Г. Двигательные задачи и работа параллельных программ // Интеллектуальные процессы и их моделирование. Организация движения / Сб. науч. трудов. - М.: Наука, 1991, с. 37-54.

3. Бернштейн Н.А. О построении движений. - М.: Медгиз, 1947. - 256 с.

4. Бойко Е.И. Время реакции человека. - М.: Медицина, 1964. - 439 с.

5. Ветошева В.И. Отражение в параметрах потенциалов, связанных с событиями процессов преднастройки испытуемого к деятельности // Программирующая деятельность мозга человека / Межвуз. сб. под ред. А.С. Батуева, В.А. Дорошенко. - СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 1992. Вып. 31, с. 77-96.

6. Газеев А.А. Соотношение латентных периодов и параметров моторной фазы ответа в разных условиях осуществления простой двигательной реакции: Автореф. канд. дис. М., 1983. - 21 с.

7. Геллерштейн С.Г. Чувство времени и скорость двигательной реакции. - М.: Медгиз, 1958. - 148 с.

8. Гидиков А.А. Теоретические основы электромиографии. - Л.: Наука, 1975. - 182 с.

9. Годик М.А. Исследование факторной структуры скоростных двигательных способностей человека: Автореф. канд. дис. М., 1966. - 23 с.

10. Гордеева Н.Д. Экспериментальная психология исполнительного действия. - М.: Тривола, 1995. - 324 с.

11. Данилова Н.Н. Психофизиология: Учеб. для вузов. - М.: АспектПресс, 2000. - 373 с.

12. Зациорский В.М. Физические качества спортсмена. - М.: ФиС, 1970. - 200 с.

13. Зимкин Н.В. Физиологическая характеристика силы, быстроты и выносливости: Очерки. - М.: ФиС, 1956. - 206 с.

14. Каменская В.Г., Томанов Л.В., Несмелова Н.И. Характеристика функционального состояния мозга по корреляционным связям параметров медленных потенциалов при решении сенсомоторных задач // Программирующая деятельность мозга человека / Межвуз. сб. /Под ред. А.С. Батуева, В.А. Дорошенко. - СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 1992. Вып. 31, с. 96-107.

15. Конопкин О.А. Психологические механизмы регуляции деятельности. - М.: Наука, 1980. - 256 с.

16. Коробков А.В. Новое в физиологии спорта. Л., 1961. - 50 с.

17. Козлов И.М. Тренер-педагог // Теория и практика физ. культуры. 1989, № 7, с. 2-6.

18. Козлов И.М., Орлова Н.А. Программирование и время реакции в биомеханической структуре двигательного действия // Человек в мире спорта / Тез. докл. Междунар. конгр. М., 1998, с. 26-27.

19. Муравьев В.П. Техническая подготовка в беге на короткие дистанции с учетом особенностей формирования двигательных программ: Канд. дис. Л., 1991. - 164 с.

20. Полякова М.В. Роль ассоциативных систем мозга человека в подготовке двигательных реакций // Программирующая деятельность мозга человека / Межвуз. сб. под ред. А.С. Батуева, В.А. Дорошенко. - СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 1992. Вып. 31, с. 144-158.

21. Правдов М.А. Пространственно-временная структура ходьбы у детей дошкольного возраста и "схема тела" // Физическая культура: воспитание, образование, тренировка. 2003, № 4, с. 44-46.

22. Сепсяков В.А. Время реакции как критерий оценки формирования и реализации двигательной программы при броске камня в кёрлинге // Актуальные проблемы психопедагогики образовательной и воспитательной деятельности / Сб. науч. тр.; Вестник Балтийской академии. Вып. 24. - СПб.: БПА, 1998, с. 40-45.

23. Степанов В.В. Исследование биомеханической структуры движений с целью повышения эффективности управления тренировочным процессом бегунов на короткие дистанции: Канд. дис. Л., 1977. - 152 с.

24. Стрельников К.С., Воробьев В.А., Рудас М.С. и др. ПЕТ-исследование мозгового обеспечения восприятия фраз с синтагматическим членением // Физиология человека. 2004. Т. 30, № 3, с. 5-12.

25. Сурков Е.Н. Психомоторика спортсмена. - М.: ФиС, 1984. - 126 с.

26. Ухтомский А.А. Физиология двигательного аппарата / Собр. соч. - Л.: ЛГУ, 1951. - 167 с.

27. Фарфель В.С. Управление движениями в спорте. - М.: ФиС, 1975. - 208 с.

28. Шапков Ю.Т., Анисимова Н.П., Герасименко Ю.П. Регуляция следящих движений. - Л.: Наука, 1988. - 277 с.

29. Шмидт Р., Визендангер М. Двигательные системы // Физиология человека: Учебник в 3-х томах., т.1 / Под ред. Р. Шмидта, Г. Тевса; пер. с англ. Н.Н. Алипова и др. - М.: Мир, 1996, с. 88-127.

30. Яковенко Е.А., Кропотов Ю.Д., Чутко Л.С. и др. Электрофизиологические корреляты нарушений внимания у подростков 12-13 лет // Физиология человека. 2003. Т. 29, № 6, с. 61-66.

31. Glencross D.J. Latency and response complexity // J. Mot. Behav. 1972. V.4. P. 241-256.

32. Glencross D.J. The effects of changes in task condition on the temporal organization of a repetitive speed skill // Ergonomics. 1975. V. 18. P. 17-28.

33. Henry F.M., Rogers D.E. Increased response latency for complicated movements and a "memory drum" theory of neuromotor reaction // Res. Quart. J. Amer. Assoc. Health. Phys. Educ. аnd Recreat. 1960. V. 31. P. 448-458.

34. Keer B. Task factors that influence selection and preparation of volantary movements // Information processing in motor control and learning / Ed. G.E. Stelmach. New York-San. Francisco-London: Academic Press, 1978. P. 55-69.

35. Klapp S.T., Erwin J. Relation between programming time and duration of response being programmed // J. Exp. Psychol.: Human Percept. and Perform. 1976. V. 2. P. 591-598.

36. Laszlo J.I., Livesey J.P. Task complexity, accuracy and reaction time // J. Mot.Behav. 1977. V. 9. № 2. Р. 171-177.

37. Woodworth R.S. The accuracy of voluntary movement. // Psychol. Rev. (Monogr. Supplement), 1899. Vol. 3. P. 1-114.

  На главную    В библиотеку    Обсудить в форуме 

При любом использовании данного материала ссылка на журнал обязательна!