Motoriskt lärande - Motor learning

Motoriskt lärande avser i stort sett förändringar i en organisms rörelser som återspeglar förändringar i nervsystemets struktur och funktion. Motoriskt lärande sker över olika tidsskalor och grader av komplexitet: människor lär sig gå eller prata under årens lopp, men fortsätter att anpassa sig till förändringar i höjd, vikt, styrka etc. under sin livstid. Motoriskt lärande gör det möjligt för djur att få nya färdigheter och förbättrar rörlighetens jämnhet och noggrannhet, i vissa fall genom att kalibrera enkla rörelser som reflexer . Motorisk inlärningsforskning tar ofta hänsyn till variabler som bidrar till bildandet av motorprogram (dvs. underliggande skickligt motoriskt beteende), känslighet för feldetekteringsprocesser och styrka i rörelsesscheman (se motorprogram ). Motoriskt lärande är "relativt permanent", eftersom förmågan att svara på rätt sätt förvärvas och bibehålls. Tillfälliga vinster i prestanda under praktiken eller som svar på någon störning kallas ofta motoranpassning , en övergående form av lärande. Neurovetenskaplig forskning om motoriskt lärande handlar om vilka delar av hjärnan och ryggmärgen som representerar rörelser och motoriska program och hur nervsystemet bearbetar feedback för att ändra anslutning och synaptiska styrkor. På beteendemässig nivå fokuserar forskningen på designen och effekten av huvudkomponenterna som driver motoriskt lärande, det vill säga strukturen i praktiken och feedbacken. Tidpunkten och organisationen av övningen kan påverka lagring av information, t.ex. hur uppgifter kan delas upp och övas (se även varierad övning ), och den exakta formen av feedback kan påverka förberedelse, förväntan och vägledning för rörelse.

Beteendemässigt tillvägagångssätt

Praktikstruktur och kontextuell störning

Kontextuell störning definierades ursprungligen som "funktionsstörningar vid inlärning som är ansvarig för minnesförbättring". Kontextuell störningseffekt är "effekten på inlärning av graden av funktionell störning som finns i en praktiksituation när flera uppgifter måste läras och övas tillsammans". Variabilitet i praktiken (eller varierad praktik ) är en viktig komponent för kontextuell störning, eftersom den placerar uppgiftsvariationer inom lärande. Även om varierad praxis kan leda till dålig prestanda under hela förvärvsfasen, är det viktigt för utvecklingen av schemat, som är ansvarig för montering och förbättrad kvarhållning och överföring av motoriskt lärande.

Trots prestationsförbättringarna i en rad studier är en begränsning av den kontextuella interferenseffekten osäkerheten när det gäller orsaken till prestandaförbättringar eftersom så många variabler ständigt manipuleras. I en litteraturöversikt identifierar författarna att det fanns få mönster för att förklara förbättringarna i experiment som använder det kontextuella interferensparadigmet. Även om det inte fanns några mönster i litteraturen, identifierades gemensamma områden och begränsningar som motiverade störningseffekter:

  1. Även om de färdigheter som lärdes krävde helkroppsrörelser, hade de flesta uppgifter en gemensam egenskap; de innehöll alla komponenter som kunde isoleras.
  2. De flesta studier som stöder störningseffekt använde långsamma rörelser som möjliggjorde rörelsejusteringar under rörelseutförande.
  3. Enligt vissa författare kan bilateral överföring framkallas genom alternativa praxisförhållanden, eftersom en informationskälla kan utvecklas från båda sidor av kroppen. Trots förbättringar som ses i dessa studier skulle störningseffekter inte tillskrivas deras förbättringar, och det skulle ha varit en slump av uppgiftsegenskaper och schema för övning.
  4. Terminologin för "komplexa färdigheter" har inte definierats väl. Procedurmanipulationer, som varierar mellan experiment (t.ex. förändring av likheten mellan uppgifter) har nämnts som bidragande till färdighetskomplexitet.

Feedback ges under träningen

Återkoppling betraktas som en kritisk variabel för kompetensförvärv och definieras i stort sett som någon form av sensorisk information relaterad till ett svar eller en rörelse. Inre återkoppling är responsproducerad-det sker normalt när en rörelse görs och källorna kan vara interna eller externa för kroppen. Typiska källor till inneboende feedback är syn , proprioception och audition . Extrinsic feedback är förstärkt information från en extern källa, utöver inneboende feedback. Extrinsic feedback kategoriseras ibland som kunskap om prestanda eller kunskap om resultat.

Flera studier har manipulerat presentationsfunktionerna för feedbackinformation (t.ex. frekvens, fördröjning, interpolerade aktiviteter och precision) för att bestämma de optimala förutsättningarna för inlärning. Se Figur 4, Figur 6 och sammanfattning Tabell 1 för en detaljerad förklaring av feedbackmanipulation och kunskap om resultat (se nedan).

Kunskap om prestanda

Kunskap om prestanda (KP ) eller kinematisk återkoppling hänvisar till information som ges till en artist, vilket indikerar kvaliteten eller mönstret av deras rörelse. Det kan innehålla information som förskjutning, hastighet eller ledrörelse. KP tenderar att skilja sig från inneboende feedback och mer användbar i verkliga uppgifter. Det är en strategi som ofta används av tränare eller rehabiliteringsutövare.

Kunskap om resultat

Kunskap om resultat (KR) definieras som yttre eller förstärkt information som ges till en utförare efter ett svar, vilket indikerar framgången för deras handlingar med avseende på ett miljömål. KR kan vara överflödig med inneboende feedback, särskilt i verkliga scenarier. I experimentella studier hänvisar det dock till information som tillhandahålls utöver de källor till återkoppling som naturligt tas emot när ett svar görs (dvs. responsproducerad feedback; KR är vanligtvis också verbal eller verbaliserbar. KR: s påverkan på motor lärande har studerats väl och några konsekvenser beskrivs nedan.

Experimentell design och kunskap om resultat

Ofta misslyckas experimenterande med att skilja den relativt permanenta aspekten av förändring i förmågan att svara (dvs indikation på lärande) från övergående effekter (dvs indikation på prestanda). För att ta hänsyn till detta har överföringsdesigner skapats som innefattar två olika faser. För att visualisera överföringsdesignen, föreställ dig ett 4x4 -rutnät. Kolumnrubrikerna kan ha rubriken "Experiment #1" och "Experiment #2" och ange de villkor du vill jämföra. Radrubrikerna har titeln "Förvärv" och "Överföring" varigenom:

  1. Förvärvsblocket (2 kolumner) innehåller testförhållandena där någon variabel manipuleras (dvs olika nivåer av KR tillämpas) och olika grupper får olika behandlingar. Detta block representerar de övergående effekterna av KR (dvs. prestanda)
  2. Överföringsblocket (2 kolumner) innehåller testförhållandena där variabeln hålls konstant (dvs en gemensam KR-nivå som tillämpas, normalt ett tillstånd utan KR). När det presenteras med ett tillstånd utan KR representerar detta block de ihållande effekterna av KR (dvs. inlärning). Omvänt, om det här blocket ges till ämnen i ett format där KR är tillgängligt, är övergående och ihållande effekter av KR invecklade och det argumenteras inte tolkbart för inlärningseffekter.

Efter en viloperiod argumenteras förändringen av förmågan att svara (dvs. effekter) vara de som tillskrivs inlärning, och gruppen med den mest effektiva prestationen har lärt sig mest.

Funktionell roll för kunskap om resultat och potentiell förvirring av effekter

KR verkar ha många olika roller, varav några kan ses som tillfälliga eller övergående (dvs. prestandaeffekter). Tre av dessa roller inkluderar: 1) motivation, 2) associativ funktion och 3) vägledning. Det motiverande inflytandet kan öka utförarens ansträngning och intresse för uppgiften samt behålla detta intresse när KR har tagits bort. Även om det är viktigt att skapa intresse för uppgiften för prestations- och inlärningsändamål, är det dock okänt i vilken utsträckning det påverkar inlärningen. KR: s associerande funktion kommer sannolikt att vara involverad i bildandet av associationer mellan stimulans och respons (dvs effektlagen ). Denna ytterligare effekt kan emellertid inte redogöra för fynd i överföringsuppgifter som manipulerar den relativa frekvensen av KR; specifikt minskar relativ frekvens i förbättrat lärande. För en alternativ diskussion om hur KR kan kalibrera motorsystemet till omvärlden (se schemateori i motorprogram ). KR: s vägledande roll är sannolikt den mest inflytelserika för inlärning eftersom både interna och externa källor till feedback spelar en ledande roll i utförandet av en motorisk uppgift. Eftersom artisten informeras om fel i uppgiftsprestanda kan avvikelsen användas för att kontinuerligt förbättra prestanda i följande försök. Men vägledning hypotes postulat att tillhandahålla alltför mycket externt, augmented feedback (t.ex. KR) under praktiken kan leda till att eleven att utveckla en skadlig beroende på denna källa till feedback. Detta kan leda till överlägsen prestanda under träning men dålig prestanda vid överföring - en indikation på dåligt motoriskt lärande. Dessutom innebär det att, när artisten förbättras, villkoren för KR måste anpassas efter utförarens skicklighet och svårighet för uppgiften för att maximera inlärningen (se ram för utmaningspunkter ).

Specificitet för inlärningshypotes

Specificiteten för inlärningshypotesen tyder på att inlärning är mest effektivt när träningspass inkluderar miljö- och rörelseförhållanden som liknar dem som krävs under utförandet av uppgiften - replikerar målets färdighetsnivå och kontext för prestation. sid. 194 Det tyder på att fördelen med specificitet i praktiken uppstår eftersom motoriskt lärande kombineras med fysisk träning under den inlärda sporten eller färdigheten. sid. 90 I motsats till vad man tidigare tror uppnås färdighetsinlärning genom att växla mellan motoriskt inlärning och fysisk prestation, vilket får källorna till feedback att fungera tillsammans. Inlärningsprocessen, särskilt för en svår uppgift, resulterar i skapandet av en representation av uppgiften där all relevant information som rör uppgiftsprestanda är integrerad. Denna representation blir tätt kopplad till ökad erfarenhet av att utföra uppgiften. Som en följd av detta kan prestanda inte försämras om du tar bort eller lägger till en betydande informationskälla efter en övningsperiod där den fanns eller inte. Omväxlande motoriskt lärande och fysisk träning kan i slutändan leda till en bra, om inte bättre prestation i motsats till bara fysisk träning.

Fysiologiskt tillvägagångssätt

De lillhjärnan och basala ganglierna är avgörande för motorisk inlärning. Som ett resultat av det universella behovet av korrekt kalibrerad rörelse är det inte förvånande att lillhjärnan och basala ganglier är allmänt bevarade över ryggradsdjur från fisk till människor .

Genom motoriskt lärande kan människan uppnå mycket skickligt beteende, och genom repetitiv träning kan en grad av automatik förväntas. Och även om detta kan vara en förfinad process har mycket lärt sig från studier av enkla beteenden. Dessa beteenden inkluderar ögonlänkskonditionering , motoriskt lärande i vestibulo-okulär reflex och fågelsång . Forskning om Aplysia californica , havssnigeln, har gett detaljerad kunskap om cellulära mekanismer för en enkel form av inlärning.

En typ av motoriskt inlärning sker under drift av ett hjärna -datorgränssnitt . Till exempel visade Mikhail Lebedev , Miguel Nicolelis och deras kollegor nyligen kortikal plasticitet som resulterade i införlivande av en extern manöverdon som styrs genom ett hjärn-maskin-gränssnitt i ämnets neurala representation.

På en cellulär nivå, motorisk inlärning yttrar sig i nervceller i motoriska cortex . Med hjälp av enkelcellsinspelningstekniker har Dr. Emilio Bizzi och hans medarbetare visat beteendet hos vissa celler, så kallade " minnesceller ", kan genomgå varaktig förändring med övning.

Motoriskt lärande uppnås också på muskuloskeletal nivå. Varje motorneuron i kroppen innerverar en eller flera muskelceller, och tillsammans bildar dessa celler det som kallas en motorisk enhet. För att en person ska kunna utföra även den enklaste motoriska uppgiften måste aktiviteten för tusentals av dessa motorenheter samordnas. Det verkar som om kroppen klarar denna utmaning genom att organisera motorenheter i moduler av enheter vars aktivitet är korrelerad.

Stört motoriskt lärande

Utvecklingsstörning

Nedsättningar i samband med utvecklingssamordningsstörning (DCD) innebär svårigheter att lära sig nya motoriska färdigheter samt begränsad postural kontroll och underskott i sensorimotorisk koordination. Det verkar som om barn med DCD inte kan förbättra prestanda för komplexa motoriska uppgifter bara genom övning. Det finns dock bevis för att uppgiftsspecifik utbildning kan förbättra prestanda för enklare uppgifter. Nedsatt kompetensinlärning kan korreleras med hjärnaktivitet, särskilt en minskning av hjärnaktiviteten i regioner som är förknippade med skicklig motorisk träning.

Apraxi

Motoriskt lärande har tillämpats för strokeåterhämtning och neurorehabilitering, eftersom rehabilitering i allmänhet är en process för att lära om förlorade färdigheter genom träning och/eller träning. Även om rehabiliteringskliniker använder praxis som en viktig komponent inom ett ingrepp, kvarstår ett gap mellan motorstyrning och forskning om motorisk inlärning och rehabilitering. Vanliga motorinlärningsparadigm inkluderar robotarmsparadigm, där individer uppmuntras att motstå en handhållen enhet genom specifika armrörelser. Ett annat viktigt koncept för motoriskt lärande är hur mycket träning som implementeras i ett ingrepp. Studier av sambandet mellan mängden utbildning som erhållits och minnet bibehålls en viss tid efteråt har varit ett populärt fokus inom forskning. Det har visat sig att överinlärning leder till stora förbättringar av långvarig retention och liten effekt på prestanda. Motoriska inlärningsparadigmer har jämfört skillnaderna i olika träningsscheman, och det har föreslagit att upprepning av samma rörelser inte är tillräckligt för att lära om en färdighet, eftersom det är oklart om verklig hjärnåterhämtning framkallas genom upprepning ensam. Det föreslås att kompensationsmetoder utvecklas genom ren upprepning och för att framkalla kortikala förändringar (sann återhämtning) bör individer utsättas för mer utmanande uppgifter. Forskning som har implementerat motoriskt lärande och rehabilitering har använts inom strokepopulationen och inkluderar armförmågasträning, begränsningsinducerad rörelseterapi , elektromyograf- triggad neuromuskulär stimulering, interaktiv robotterapi och virtual reality-baserad rehabilitering . En nyligen genomförd ischemisk konditionering levererades via blodtrycksmanschettinflation och deflation till armen för att underlätta inlärning. Det visade för första gången på människor och djur att ischemisk konditionering kan förbättra motoriskt lärande och att förbättringen bibehålls över tiden. De potentiella fördelarna med ischemisk konditionering sträcker sig långt bortom stroke till andra neuro-, geriatriska och pediatriska rehabiliteringspopulationer. Dessa fynd presenterades på Global Medical Discovery -nyheter.

Se även

Referenser

Vidare läsning

externa länkar