Hoorcollege 1: introductie, feedback sturing, context-bepaalde variabiliteit
Bewegingscoördinatie, het afstemmen van bewegingen ten opzichte van elkaar en ten opzichte van
de omgeving, is cruciaal.
Hoe komt coördinatie tot stand?
Coördinatie komt tot stand door het centrale zenuwstelsel (CZS): de hersenen en het ruggenmerg. Het
CZS geeft signalen af naar de spieren, dit is lastig, omdat er een grote variatie is aan bewegingen
(bewegingen zien er nooit hetzelfde uit) en het CZS is erg complex.
Bewegingen worden beïnvloed door drie factoren:
1. Het doel: speelt een rol bij een beweging → hardlopen met een vriend, rennen voor de trein.
2. De persoon: alle factoren van een persoon hebben een rol in de uitvoering van de beweging
→ lichamelijke beperkingen, leeftijd, training etc.
3. De omgeving → zwaartekracht, tegenwind, zand/asfalt.
Bernstein: ‘herhaling zonder herhaling’
- Een beweging wordt herhaald, maar is nooit hetzelfde;
- Context-bepaalde variabiliteit: motorische commando’s hebben niet steeds hetzelfde effect,
omdat de omstandigheden steeds anders zijn → er is geen één-op-één-correspondentie (dus
variabiliteit) tussen commando’s en effect. Hiervoor zijn verschillende bronnen te vinden:
▪ Anatomische bronnen: de relatie tussen de werklijn van de spier en gewrichts-as →
bij het optillen van je arm werken bijvoorbeeld de borstspieren, schouderspieren en
rugspieren op verschillende manieren mee.
▪ Mechanische bronnen: zwaartekracht; massatraagheid (andere mate van kracht
nodig als iets al beweegt); reactieve krachten (harde/zachte ondergrond).
▪ Fysiologische bronnen: vermoeidheid; activatietoestand van de α-motorneuronen.
De context-bepaalde variabiliteit leidt tot een functionele dubbelzinnigheid: de relatie tussen
motorische commando’s en bewegingen is niet eenduidig en de commando’s moeten afgestemd zijn
op de toestand van het bewegingsapparaat en de omgeving.
Het zenuw-spier-skelet-stelsel verwerkt informatie en krachten uit de omgeving (perceptie) en zet
deze om in krachten naar de omgeving toe (actie).
De rode stippellijn is de perceptie-actielus. Deze lus geeft
weer dat het spierskeletstelsel zich ook aan krachten uit
de omgeving ondervindt → deze worden via deze lus naar
het zenuwstelsel gecommuniceerd → zodoende kunnen
de krachten die het spier-skeletstelsel zelf levert,
aangepast worden aan/ gecorrigeerd worden voor deze
krachten.
Het proces dat via de perceptie-actielus plaatsvindt, wordt ook wel benaderd met de naam
sensomotorische integratie (betekent: zenuwgestuurde aanpassing).
Ex-afferente informatie aankomt bij de sensoriek → deze sensoriek (gevoel
→ zintuigen) geeft deze informatie door naar het centrale zenuwstelsel → dit
stelsel kan vervolgens de motoriek aansturen → met behulp van motoriek
wordt beweging uitgevoerd → dit is terug te vinden in re-afferente
informatie → deze informatie wordt weer opgepikt door de sensoriek,
waardoor deze weer naar het centraal zenuwstelsel beweegt.
,Belangrijke begrippen bij deze commandovoering:
• Afferent: aanvoerend, naar het zenuwstelsel toe
• Efferent: afvoerend, van het zenuwstelsel af
• Re-afferentie: informatie als gevolg van zelf uitgevoerde beweging (re- = opnieuw naar het ZS
toe)
• Ex-afferentie: informatie over de omgeving, die losstaat van zelf uitgevoerde beweging (ex- =
buiten het ZS om).
Naar aanleiding van onderzoeken waarin dieren met de-afferentiaties (re-afferente informatie is niet
beschikbaar) toch bewegingen gewoon kunnen uitvoeren, komen vragen naar boven hoe een
beweging dan gecontroleerd wordt.
Bewegingscontrole kan op twee manieren:
1) Open-luscontrole: Hiermee wordt een ‘ballistische’ beweging gevormd en er vindt geen
bijsturing plaats. Voordeel: snel, nadeel: geen correcties mogelijk bij fouten/ verstoringen.
Bij het vormen van het motorisch commando voor een gewenste beweging gebruikt de regelaar het
‘invers model’ → dit model kent de eigenschappen van het spierskeletsysteem → op basis daarvan
probeert het model de gewenste waarde na te bootsen met het spier-skeletsysteem → dit leidt tot de
gerealiseerde waarde.
Voorbeeld van zo’n feedforward-controle: je ziet een tak liggen → de regelaar bereidt via het invers
model een stap voor die groot genoeg is om eroverheen te stappen → de gerealiseerde stap is groot
genoeg, dus je stapt er gewoon overheen.
2) Gesloten-luscontrole: Bijsturing vindt plaats op basis van sensorische feedback (zoals de
hierboven beschreven perceptie-actielus). Voordeel: bij fouten/verstoringen zijn correcties
mogelijk → nauwkeuriger, nadeel: kost meer tijd.
Tijdens het maken van de beweging worden alle fouten op basis van de gewenste waarde ontdekt →
deze gaan als feedback-controle terug naar de regelaar, waar de fout wordt gecategoriseerd (grootte;
richting) en wordt de fout-correctie ingesteld → zodoende wordt de gewenste waarde goed
nagebootst als gerealiseerde waarde.
- Set-point-regeling (je zet in op één punt bij je gewenste waarde): als de gewenste waarde
bij deze bewegingscontrole (voor langere tijd) constant is
- Servo- of volgregeling (je volgt het punt dat je als gewenste waarde hebt genomen): als
de gewenste waarde bij deze bewegingscontrole variabel is.
Voorbeeld van zo’n feedbackcontrole: er ligt een tak op je route → je struikelt erover → je neemt de
struikeling waar → je regelaar categoriseert deze fout en zet de foutcorrectie in werking → je spieren
contraheren → je voert de foutcorrectie uit → je stapt netjes over de tak.
Voor bewegingssturing blijkt sensorische informatie wel echt essentieel te zijn. Dit komt onder andere
2
, door context-bepaalde variabiliteit. Doelgericht bewegen vereist dus sensomotorische integratie.
Hoorcollege 2: vrijheidsgraden
Beweging wordt aangestuurd op drie niveaus: vanuit de hersenen worden alfa-motoneuronen
aangestuurd (motorische eenheden) → deze activeren de spier (lengte; kracht) → deze bepalen op
hun beurt de beweging in het gewricht (hoek; moment; stijfheid).
In je lichaam heb je meer dan 100 gewrichten. Hierbij komen echter door vrijheidsgraden
nóg meer (dan 100) bewegingen kijken. Je hebt namelijk ook meer dan 600 spieren met 10-
1000 motorische eenheden per spier.
Vrijheidsgraden: de rotatievlakken van de gewrichten die betrokken zijn bij de beweging.
Genoteerd als df of DoF (degree of freedom).
Doordat het motorische systeem zoveel vrijheidsgraden heeft, is dit systeem redundant:
overbodig, voor elke beweging zijn er meerder mogelijkheden om deze uit te voeren.
Voordelen van de grote hoeveelheid vrijheidsgraden:
- Flexibiliteit;
- Motorische equivalentie (gelijkheid): je kunt bewegingen uitvoeren met
verschillende trajecten of verschillende effectoren.
Vrijheidsgradenprobleem: door het enorme aantal vrijheidsgraden zijn er oneindig veel bewegingen
mogelijk, waarom zou dat een probleem kunnen zijn? → Omdat beweging dan een compleet
onvoorspelbaar fenomeen zou zijn en er weinig te onderzoeken valt.
Om het vrijheidsgradenprobleem hanteerbaar te maken, zijn er daarom twee principes:
1) Randvoorwaarden aan de beweging:
• Traject (path): kiezen voor de kortste/ meest efficiënte route en we houden rekening
met de vervolgbeweging;
• Inverse kinematica (positie, snelheid, versnelling): vermijden van extreme
gewrichtshoeken (oppassen voor blessures) en vloeiende bewegingen maken
(minimale jerk, hoe minder jerk, hoe minder vloeiend);
• Inverse dynamica (krachten, momenten): minimale verandering in
gewrichtsmomenten en spierstijfheid.
2) Synergiën: koppelingen tussen vrijheidsgraden; een groep spieren die meerdere gewrichten
overspannen en daarom opereren als één functionele eenheid.
• Het aantal vrijheidsgraden is afhankelijk van onderlinge relaties (constraints): het aantal
df’s neemt af met het aantal constraints;
• Synergiën maken met de afname in vrijheidsgraden bewegingen makkelijker bestuurbaar
→ deze inperkingen kunnen zowel tijdelijk als structureel zijn;
• deze inperkingen kunnen zowel tijdelijk als structureel zijn;
• er is sprake van compensatoire variabiliteit: afstemming van gewrichtsbewegingen op
elkaar om variabiliteit in het ene gewricht te compenseren met een beweging in een
ander gewricht, zodat de eindbeweging nog als gewenst blijft → experts zijn beter in deze
compensaties bij een beweging dan mensen die die beweging als beginner uitvoeren
(denk aan richten bij pistoolschieten).
Tijdens de ontwikkeling van een kind wordt de verbinding tussen de gewrichten steeds minder
afhankelijk.
3
Bewegingscoördinatie, het afstemmen van bewegingen ten opzichte van elkaar en ten opzichte van
de omgeving, is cruciaal.
Hoe komt coördinatie tot stand?
Coördinatie komt tot stand door het centrale zenuwstelsel (CZS): de hersenen en het ruggenmerg. Het
CZS geeft signalen af naar de spieren, dit is lastig, omdat er een grote variatie is aan bewegingen
(bewegingen zien er nooit hetzelfde uit) en het CZS is erg complex.
Bewegingen worden beïnvloed door drie factoren:
1. Het doel: speelt een rol bij een beweging → hardlopen met een vriend, rennen voor de trein.
2. De persoon: alle factoren van een persoon hebben een rol in de uitvoering van de beweging
→ lichamelijke beperkingen, leeftijd, training etc.
3. De omgeving → zwaartekracht, tegenwind, zand/asfalt.
Bernstein: ‘herhaling zonder herhaling’
- Een beweging wordt herhaald, maar is nooit hetzelfde;
- Context-bepaalde variabiliteit: motorische commando’s hebben niet steeds hetzelfde effect,
omdat de omstandigheden steeds anders zijn → er is geen één-op-één-correspondentie (dus
variabiliteit) tussen commando’s en effect. Hiervoor zijn verschillende bronnen te vinden:
▪ Anatomische bronnen: de relatie tussen de werklijn van de spier en gewrichts-as →
bij het optillen van je arm werken bijvoorbeeld de borstspieren, schouderspieren en
rugspieren op verschillende manieren mee.
▪ Mechanische bronnen: zwaartekracht; massatraagheid (andere mate van kracht
nodig als iets al beweegt); reactieve krachten (harde/zachte ondergrond).
▪ Fysiologische bronnen: vermoeidheid; activatietoestand van de α-motorneuronen.
De context-bepaalde variabiliteit leidt tot een functionele dubbelzinnigheid: de relatie tussen
motorische commando’s en bewegingen is niet eenduidig en de commando’s moeten afgestemd zijn
op de toestand van het bewegingsapparaat en de omgeving.
Het zenuw-spier-skelet-stelsel verwerkt informatie en krachten uit de omgeving (perceptie) en zet
deze om in krachten naar de omgeving toe (actie).
De rode stippellijn is de perceptie-actielus. Deze lus geeft
weer dat het spierskeletstelsel zich ook aan krachten uit
de omgeving ondervindt → deze worden via deze lus naar
het zenuwstelsel gecommuniceerd → zodoende kunnen
de krachten die het spier-skeletstelsel zelf levert,
aangepast worden aan/ gecorrigeerd worden voor deze
krachten.
Het proces dat via de perceptie-actielus plaatsvindt, wordt ook wel benaderd met de naam
sensomotorische integratie (betekent: zenuwgestuurde aanpassing).
Ex-afferente informatie aankomt bij de sensoriek → deze sensoriek (gevoel
→ zintuigen) geeft deze informatie door naar het centrale zenuwstelsel → dit
stelsel kan vervolgens de motoriek aansturen → met behulp van motoriek
wordt beweging uitgevoerd → dit is terug te vinden in re-afferente
informatie → deze informatie wordt weer opgepikt door de sensoriek,
waardoor deze weer naar het centraal zenuwstelsel beweegt.
,Belangrijke begrippen bij deze commandovoering:
• Afferent: aanvoerend, naar het zenuwstelsel toe
• Efferent: afvoerend, van het zenuwstelsel af
• Re-afferentie: informatie als gevolg van zelf uitgevoerde beweging (re- = opnieuw naar het ZS
toe)
• Ex-afferentie: informatie over de omgeving, die losstaat van zelf uitgevoerde beweging (ex- =
buiten het ZS om).
Naar aanleiding van onderzoeken waarin dieren met de-afferentiaties (re-afferente informatie is niet
beschikbaar) toch bewegingen gewoon kunnen uitvoeren, komen vragen naar boven hoe een
beweging dan gecontroleerd wordt.
Bewegingscontrole kan op twee manieren:
1) Open-luscontrole: Hiermee wordt een ‘ballistische’ beweging gevormd en er vindt geen
bijsturing plaats. Voordeel: snel, nadeel: geen correcties mogelijk bij fouten/ verstoringen.
Bij het vormen van het motorisch commando voor een gewenste beweging gebruikt de regelaar het
‘invers model’ → dit model kent de eigenschappen van het spierskeletsysteem → op basis daarvan
probeert het model de gewenste waarde na te bootsen met het spier-skeletsysteem → dit leidt tot de
gerealiseerde waarde.
Voorbeeld van zo’n feedforward-controle: je ziet een tak liggen → de regelaar bereidt via het invers
model een stap voor die groot genoeg is om eroverheen te stappen → de gerealiseerde stap is groot
genoeg, dus je stapt er gewoon overheen.
2) Gesloten-luscontrole: Bijsturing vindt plaats op basis van sensorische feedback (zoals de
hierboven beschreven perceptie-actielus). Voordeel: bij fouten/verstoringen zijn correcties
mogelijk → nauwkeuriger, nadeel: kost meer tijd.
Tijdens het maken van de beweging worden alle fouten op basis van de gewenste waarde ontdekt →
deze gaan als feedback-controle terug naar de regelaar, waar de fout wordt gecategoriseerd (grootte;
richting) en wordt de fout-correctie ingesteld → zodoende wordt de gewenste waarde goed
nagebootst als gerealiseerde waarde.
- Set-point-regeling (je zet in op één punt bij je gewenste waarde): als de gewenste waarde
bij deze bewegingscontrole (voor langere tijd) constant is
- Servo- of volgregeling (je volgt het punt dat je als gewenste waarde hebt genomen): als
de gewenste waarde bij deze bewegingscontrole variabel is.
Voorbeeld van zo’n feedbackcontrole: er ligt een tak op je route → je struikelt erover → je neemt de
struikeling waar → je regelaar categoriseert deze fout en zet de foutcorrectie in werking → je spieren
contraheren → je voert de foutcorrectie uit → je stapt netjes over de tak.
Voor bewegingssturing blijkt sensorische informatie wel echt essentieel te zijn. Dit komt onder andere
2
, door context-bepaalde variabiliteit. Doelgericht bewegen vereist dus sensomotorische integratie.
Hoorcollege 2: vrijheidsgraden
Beweging wordt aangestuurd op drie niveaus: vanuit de hersenen worden alfa-motoneuronen
aangestuurd (motorische eenheden) → deze activeren de spier (lengte; kracht) → deze bepalen op
hun beurt de beweging in het gewricht (hoek; moment; stijfheid).
In je lichaam heb je meer dan 100 gewrichten. Hierbij komen echter door vrijheidsgraden
nóg meer (dan 100) bewegingen kijken. Je hebt namelijk ook meer dan 600 spieren met 10-
1000 motorische eenheden per spier.
Vrijheidsgraden: de rotatievlakken van de gewrichten die betrokken zijn bij de beweging.
Genoteerd als df of DoF (degree of freedom).
Doordat het motorische systeem zoveel vrijheidsgraden heeft, is dit systeem redundant:
overbodig, voor elke beweging zijn er meerder mogelijkheden om deze uit te voeren.
Voordelen van de grote hoeveelheid vrijheidsgraden:
- Flexibiliteit;
- Motorische equivalentie (gelijkheid): je kunt bewegingen uitvoeren met
verschillende trajecten of verschillende effectoren.
Vrijheidsgradenprobleem: door het enorme aantal vrijheidsgraden zijn er oneindig veel bewegingen
mogelijk, waarom zou dat een probleem kunnen zijn? → Omdat beweging dan een compleet
onvoorspelbaar fenomeen zou zijn en er weinig te onderzoeken valt.
Om het vrijheidsgradenprobleem hanteerbaar te maken, zijn er daarom twee principes:
1) Randvoorwaarden aan de beweging:
• Traject (path): kiezen voor de kortste/ meest efficiënte route en we houden rekening
met de vervolgbeweging;
• Inverse kinematica (positie, snelheid, versnelling): vermijden van extreme
gewrichtshoeken (oppassen voor blessures) en vloeiende bewegingen maken
(minimale jerk, hoe minder jerk, hoe minder vloeiend);
• Inverse dynamica (krachten, momenten): minimale verandering in
gewrichtsmomenten en spierstijfheid.
2) Synergiën: koppelingen tussen vrijheidsgraden; een groep spieren die meerdere gewrichten
overspannen en daarom opereren als één functionele eenheid.
• Het aantal vrijheidsgraden is afhankelijk van onderlinge relaties (constraints): het aantal
df’s neemt af met het aantal constraints;
• Synergiën maken met de afname in vrijheidsgraden bewegingen makkelijker bestuurbaar
→ deze inperkingen kunnen zowel tijdelijk als structureel zijn;
• deze inperkingen kunnen zowel tijdelijk als structureel zijn;
• er is sprake van compensatoire variabiliteit: afstemming van gewrichtsbewegingen op
elkaar om variabiliteit in het ene gewricht te compenseren met een beweging in een
ander gewricht, zodat de eindbeweging nog als gewenst blijft → experts zijn beter in deze
compensaties bij een beweging dan mensen die die beweging als beginner uitvoeren
(denk aan richten bij pistoolschieten).
Tijdens de ontwikkeling van een kind wordt de verbinding tussen de gewrichten steeds minder
afhankelijk.
3
