Моторная адаптация в настольном теннисе: исследование в естественных условиях

Введение в моторную адаптацию

На протяжении последних десятилетий моторная адаптация была предметом многочисленных поведенческих и нейроповеденческих исследований, некоторые из которых получили значительное внимание за пределами нейронауки движения. Однако эти нейроповеденческие исследования проводились исключительно в условиях высококонтролируемых лабораторных settings, что означает, что их методологический подход может противоречить идее экологической валидности.

В целом, участники демонстрируют моторную адаптацию, когда во время выполнения простой моторной задачи возникает пертурбация (возмущение), такое как изменяющееся силовое поле или visuomotor rotation (визомоторное вращение). Пертурбации рассматриваются как неопределенности возможных исходов между действием и его соответствующим feedback (обратной связью), например, при выполнении хватательного движения верхней конечностью при ударе по объекту. Эти пертурбации предназначены для сравнения с ощущением взаимодействия с реальными объектами, которые имеют различные физические характеристики.

Целевые ошибки во время выполнения задачи вызваны внезапным введением пертурбации, но эти ошибки постепенно исчезают в ходе trials (попыток), когда individuals (индивиды) изменяют свой моторный output (выход) для учета соответствующей пертурбации. Когда пертурбации исчезают, возникают переходные aftereffects (последействия). Эти последействия, которые снова представляют собой целевые ошибки, считаются evidence (доказательством) адаптированных internal models (внутренних моделей).

Факторы влияния на моторную адаптацию

Одной из целей предыдущих исследований было выявление факторов, влияющих на производительность моторной адаптации. Исследованные influencing factors (факторы влияния) включают:

• Возрастные особенности
• Неврологические заболевания
• Задаче-ориентированные факторы (сила, направление, интерференция)
• Стратегии (обратная связь, cueing (указание), inhibition (торможение))

В результате существует большой объем исследований, раскрывающих потенциальные факторы во время моторной адаптации к определенной пертурбации. Однако в более естественных средах адаптации к множественным пертурбациям обычно происходят одновременно.

Методология исследования

Участники и процедура

В исследовании приняли участие 30 правшей здоровых добровольцев (средний возраст: 22,93 ± 0,57 лет; диапазон 19–34 лет; 14 женщин). Процедура исследования была одобрена локальным ethics committee (этическим комитетом) Лейпцигского университета. Все участники предоставили written informed consent (письменное информированное согласие), и все процедуры проводились в соответствии с Хельсинкской декларацией.

Участники выполняли удары backhand (бэкхенд) по диагонали против мячей, подаваемых управляемым приложением роботом для настольного тенниса стандартизированным manner (образом). Стандартизация включала тип вращения (топспин/бэкспин), силу вращения, скорость мяча, высоту и расположение мячей, количество мячей (18) и время ожидания (2,00 с).

Фазы эксперимента

Эксперимент состоял из трех основных фаз:

• Базовая фаза (пять блоков): выполнение ударов против легких topspin мячей
• Фаза адаптации (десять блоков): выполнение ударов против сложных backspin мячей
• Фаза washout (затухания) (пять блоков): возврат к простым topspin мячам

Результаты исследования

Анализ точности попадания

В terms of (с точки зрения) точности попадания не было interaction (взаимодействия) между временем (базовая фаза vs. начальная ошибка при onset (начале) пертурбации vs. ранняя vs. поздняя адаптация vs. последействия vs. фаза затухания) и группами пертурбации (серийная vs. случайная). Мы также не выявили различий между группами пертурбации. Таким образом, временной порядок пертурбаций не влиял на моторную адаптацию.

В contrast (противоположность) этому, мы выявили адаптационно-зависимые различия в точности попадания при сравнении базовой фазы, начальной ошибки при начале пертурбации, ранней и поздней адаптации, последействий и фазы затухания across groups (между группами).

Ключевые findings (находки)

• Увеличение целевых ошибок при начале пертурбации
• Уменьшение ошибок во время моторной адаптации
• Увеличение целевых ошибок при offset (окончании) пертурбации (последействие)
• Последующее уменьшение ошибок во время фазы затухания

Обсуждение результатов

Цель исследования моторной адаптации - лучше понять и улучшить впечатляющую, в основном implicit (неявную) человеческую adaptability (адаптируемость) к изменяющимся условиям окружающей среды. До сих пор поведенческие и нейроповеденческие исследования изучали только искусственные и высококонтролируемые моторные задачи. В настоящее время существует лишь скудное знание о возникновении моторных адаптаций в более естественных моторных задачах, выполняемых в условиях внешней валидности.

В этом контексте наше исследование aimed to (aimed to) оценить моторную адаптацию во время настольного тенниса и исследовать impact (влияние) временного порядка пертурбаций, которые представлялись либо в серийном, либо в случайном порядке.

Подтверждение гипотез

В соответствии с нашей первой hypothesis (гипотезой), мы наблюдали увеличение целевых ошибок с началом пертурбации, которые уменьшались во время моторной адаптации. Кроме того, мы наблюдали увеличение целевых ошибок с окончанием пертурбации (последействие), которые subsequently (впоследствии) уменьшались во время фазы затухания.

Кроме того, мы проанализировали вызванные адаптацией направленные изменения в дисперсиях точности попадания. Мы наблюдали типичные последействия, указывающие в противоположном направлении по сравнению с начальной ошибкой при начале пертурбации. Это открытие может быть связано с presence (присутствием) адаптированной внутренней модели, которая initially (изначально) сохраняется, когда пертурбация заканчивается.

Опровержение второй гипотезы

Вопреки нашей второй гипотезе, временной порядок пертурбаций не повлиял на моторную адаптацию. Первоначально мы предполагали, что контекстная интерференция будет ниже для серийного порядка по сравнению со случайным порядком. Соответственно, улучшения производительности во время моторной адаптации должны быть superior (выше) в серийной группе (нижняя контекстная интерференция) по сравнению со случайной группой (высшая контекстная интерференция).

Ограничения исследования и будущие направления

Текущее исследование сталкивается с некоторыми limitations (ограничениями). Исследование точности попадания с помощью кинематографии в этом исследовании очень time-consuming (трудоемко). Каждая точка попадания в наших captured (захваченных) видео должна была быть located (локализована) и вручную оцифрована. Этот этап анализа должен быть automated (автоматизирован) в будущих исследованиях.

Кроме того, необходимо учитывать, что мячи могут отскакивать от робота и сетки для сбора мячей. Кроме того, пропущенные мячи (которые не попадают на стол) частично не были видны в наших записанных video images (видеоизображениях) и поэтому не могли быть захвачены кинематографически.

Перспективы будущих исследований

Будущие исследования должны пролить больше света на эффект временного порядка пертурбаций в более естественных settings (условиях). Разумно предположить, что блокированный порядок повлияет на моторную адаптацию более prominently (заметно) по сравнению с серийным или случайным порядком.

Кроме того, эффект моторной экспертизы также должен быть исследован более thoroughly (тщательно). Спортсмены по настольному теннису, например, должны показывать significantly (значительно) более низкие целевые ошибки и должны адаптироваться к пертурбациям much faster (гораздо быстрее) по сравнению с новичками. Как эта pattern (модель) зависит от временного порядка пертурбаций, все еще debatable (дискуссионно).

Дополнительно было бы интересно количественно оценить нейрофизиологические изменения во время моторных адаптаций в спортивных условиях. Лучшее понимание основных mechanisms (механизмов) может быть использовано для optimization (оптимизации) тренировочных режимов и сокращения процесса моторной адаптации.

Данное исследование представляет собой важный шаг в изучении моторной адаптации в естественных спортивных условиях, демонстрируя возможность переноса лабораторных findings (результатов) в реальные scenarios (сценарии).