Preflexy - Preflexes

Preflexy jsou latentní kapacity v muskuloskeletální systém které automaticky stabilizují pohyby pomocí nelineární viskózně elastický vlastnosti svaly kdy oni smlouva.[1][2] Termín „preflex“ pro takovou smyčku vnitřní zpětné vazby s nulovým zpožděním vytvořil Loeb. [3] Na rozdíl od použití stabilizačních metod neurony, jako reflexy a vyšší kontrola mozku, preflex se stane s minimálním časovým zpožděním; pouze však stabilizuje hlavní pohyby pohybového aparátu.[Citace je zapotřebí ]

Viskoelastická korekce

Svaly mají nelineární viskoelastické vlastnosti, když se stahují.[4][5][6] Tato vlastnost může automaticky korigovat pohyby, když je sval nucen změnit svou délku a při jiné rychlosti, než jakou mu byl původně přikázán. Taková automatická korekce je užitečná, když je narušena přikázaná akce, například když krok vede do díry, protože to způsobí, že se noha neočekávaně protáhne dolů. Nelineární viskoelastické vlastnosti svalů interagují s těmito odchylkami rychlosti a délky vyvolanými poruchami tak, že působí přímo, jak se to stane, účinky poruch na tělo. Část odporu vůči poruchám je pasivní, pomocí nelineárních zvýšení pasivního napětí a momentů kloubů produkovaných svalovými a jinými měkkými tkáněmi.[4] Předpětí tkáně je preflexivní vlastnost, která představuje bazální úroveň pasivního napětí, která díky své přítomnosti v antagonistických tkáních kloubu zvyšuje pasivní tuhost a stabilitu kloubu.[7]

Evoluční příležitost

Svaly obsahují mnoho různých systémů, na nichž evoluční výběr stabilizace preflexu může fungovat. The deltový sval například sestává z alespoň sedmi segmentů s různými kostními přílohami a nervovou kontrolou.[8] V každém svalovém segmentu existuje složitá vnitřní struktura, která sestupuje do jedné, ve které každá svalová jednotka sestává ze šlachy, aponeuróza a svazek aktivních kontraktilních a pasivních prvků.[4] Dalším zdrojem variací je vnitřní architektura orientace vláken ve vztahu k linii působení svalu, například jak je uvedeno v pennate svaly.[9] Složitost různých viskoelastických vztahů délky a rychlosti a síly těchto dílčích částí poskytuje příležitost pro adaptivní výběr strukturně komplexních svalových biokompozitů s vysoce nelineárními viskoelastickými vztahy délky a rychlosti a síly. Tato povaha svalů, které mají být složenými strukturami, tak poskytuje adaptivní příležitost pro evoluci k úpravě viskoelastických reakcí muskuloskeletálního systému tak, aby působily proti poruchám bez nutnosti spinální nebo vyšší úrovně kontroly.

Příklady

Obnova kroku nohou

Přilba perlička jako mnoho jiných bipedal ptactvo Procházka na nerovném terénu. Když noha morčete vstoupí do díry (běžné narušení, proti kterému evoluce vyladila nelineární viskoelastické vlastnosti svého pohybového aparátu), nastane na okamžik nepřirozená změna rychlosti a délky ve svalech, které překlenují její klouby. Tento nesoulad mezi délkou a rychlostí interaguje s nelineárními vztahy délky a rychlosti, které se vyvinuly v reakci na takové narušení, takže noha zasahuje dále do díry, a udržuje tak tělo ptáka stabilní a ve vzpřímené poloze.[10]

Otírání nohou

Jedná se o vnitřní muskuloskeletální vlastnosti a žáby noha, ne nervově zprostředkované páteřní reflexy, které stabilizují její stírací pohyby na dráždivé látky, když je podněcován pohyb nohou.[11]

Squat skoky

Lidský příklad stabilizace preflexu nastává, když je člověk výbušninou skoky vzhůru z a dřep pozice a svaly nohou působí tak, aby poskytovaly minimální časové zpoždění proti poruchám ze svislosti.[6]

Reference

  1. ^ Blickhan, R .; Seyfarth, A .; Geyer, H .; Grimmer, S .; Wagner, H .; Gunther, M. (2007). "Inteligence pomocí mechaniky". Filozofické transakce Královské společnosti A: Matematické, fyzikální a technické vědy. 365 (1850): 199–220. Bibcode:2007RSPTA.365..199B. doi:10.1098 / rsta.2006.1911. PMID  17148057.
  2. ^ Valero-Cuevas, F. J .; Yi, J. W .; Brown, D .; McNamara, R. V .; Paul, C .; Lipson, H. (2007). „Síť šlach prstů provádí anatomické výpočty v makroskopickém měřítku“. Transakce IEEE na biomedicínském inženýrství. 54 (6): 1161–1166. CiteSeerX  10.1.1.419.1719. doi:10.1109 / TBME.2006.889200. PMID  17549909. PDF
  3. ^ Loeb, G. E. (1995). "Řídicí důsledky pohybového aparátu". Sborník ze 17. mezinárodní konference Engineering in Medicine and Biology Society. 2. str. 1393–1394. doi:10.1109 / IEMBS.1995.579743. ISBN  978-0-7803-2475-6.
  4. ^ A b C Brown IE, Loeb GE. (2000). „Redukcionistický přístup k vytváření a používání neuromuskuloskeletálních modelů“. V JMC Winters, P.E. (vyd.). Biomechanická a neurologická kontrola držení těla a pohybů. New York: Springer. str. 148–63. ISBN  978-0-471-50908-0.
  5. ^ Nishikawa, K .; Biewener, A. A .; Aerts, P .; Ahn, A. N .; Chiel, H. J .; Daley, M. A .; Daniel, T. L .; Full, R. J .; Hale, M.E .; Hedrick, T. L .; Lappin, A. K .; Nichols, T. R .; Quinn, R. D .; Satterlie, R. A .; Szymik, B. (2007). „Neuromechanika: Integrativní přístup k porozumění ovládání motoru“. Integrativní a srovnávací biologie. 47 (1): 16–54. doi:10.1093 / icb / icm024. PMID  21672819.
  6. ^ A b Van Soest, A. J .; Bobbert, M. F. (1993). "Podíl svalových vlastností na řízení výbušných pohybů". Biologická kybernetika. 69 (3): 195–204. doi:10.1007 / bf00198959. PMID  8373890.
  7. ^ Souza, T.R .; Fonseca, S.T .; Gonçalves, G.G .; Ocarino, J.M .; Mancini, M.C. (2009). „Předpětí odhaleno pasivním napětím v kotníku“. Journal of Biomechanics. 42 (14): 2374–2380. doi:10.1016 / j.jbiomech.2009.06.033. PMID  19647832.
  8. ^ Brown, J. M. M .; Wickham, J. B .; McAndrew, D. J .; Huang, X. -F. (2007). „Svaly ve svalech: Koordinace 19 svalových segmentů ve třech ramenních svalech při izometrických motorických úkolech“. Časopis elektromyografie a kineziologie. 17 (1): 57–73. doi:10.1016 / j.jelekin.2005.10.007. PMID  16458022.
  9. ^ Azizi, E .; Brainerd, E. L .; Roberts, T. J. (2008). "Variabilní převod v pennate svaly". Sborník Národní akademie věd. 105 (5): 1745–1750. Bibcode:2008PNAS..105.1745A. doi:10.1073 / pnas.0709212105. PMC  2234215. PMID  18230734.
  10. ^ Daley, M. A .; Biewener, A. A. (2006). „Běh po nerovném terénu odhaluje kontrolu končetin pro vlastní stabilitu“. Sborník Národní akademie věd. 103 (42): 15681–15686. Bibcode:2006PNAS..10315681D. doi:10.1073 / pnas.0601473103. PMC  1622881. PMID  17032779.
  11. ^ Richardson, A. G .; Slotine, J. J .; Bizzi, E .; Tresch, M. C. (2005). „Vnitřní vlastnosti pohybového aparátu stabilizují stírací pohyby ve spinalizované žábě“. Journal of Neuroscience. 25 (12): 3181–3191. doi:10.1523 / JNEUROSCI.4945-04.2005. PMC  6725085. PMID  15788775.