RSU Doctoral theses / RSU Disertācijas

Permanent URI for this community

http://hdl.handle.net/123456789/96

Browse

Browsing RSU Doctoral theses / RSU Disertācijas by Author "Āboliņš, Valters"

Now showing 1 - 2 of 2
  • No Thumbnail Available
    Item
    Changes in the Force Produced by the Fingers of the Hand and Their Interdependence in Isometric Tasks. Summary of the Doctoral Thesis
    (Latvian Academy of Sport Education, 2022) Āboliņš, Valters; Lanka, Jānis
    Motor control is the process of initiating, executing, and grading voluntary movements (Medical Dictionary for the Health Professions and Nursing). It studies how the nervous system interacts with the human body and the environment to provide coordinated movements (Latash, 2012). Motor control has evolved rapidly over the last decades and has separated from neurophysiology and biomechanics as a distinct discipline. Motor control can be traced back to ancient Greece, where philosophers and mathematicians of the time were interested in the movements of the human body and the soul that directs and controls them. Over time, different mechanisms of movement control were explored and understood. In the second century AD, the physician Galen discovered that joint movements are controlled by two opposing pairs of muscles: agonists and antagonists. The study of human movement continued during the Renaissance. Descartes put forward a theory based on the idea that humans are composed of two independent parts, the body and the soul (similar to the ancient Greeks) (Cappozzo & Marchetti, 1992; Latash, 2012). The existence of electricity in human internal processes was discovered in the late eighteenth century, and in the mid-nineteenth century, the German scientist Flugger discovered in experiments on decapitated frogs that the spinal cord could generate meaningful and controlled movements (Verworn, 1907). At the same time, the American scientist Woodworth explored one of the first conclusions about motor control: that control of rapid movement consists of an initial impulse and later corrections. This idea is now often formulated as a combination of feedforward and feedback control processes (Elliott et al. 2001). The founder of motor control is the Russian scientist Nikolai Bernstein, who proved that joints do not work independently but correct each other's mistakes when performing a movement task. He concluded that the human central nervous system does not provide a unique and unambiguous motor solution, but uses the information it receives from the periphery to ensure a more precise execution of the movement task. Bernstein developed the theory of limitation of excess degrees of freedom (kinematic and dynamic abundance): in order to realise a movement task, there are infinitely many possible solutions, so unnecessary or excess degrees of freedom must be limited and mechanically coupled. Bernstein's greatest contribution is the development of the multi-level theory of the motion control system, which consists of five levels: the palaeokinetic level, the synergy and pattern level, the spatial field level, the action level and the symbolic, highly coordinated action level, and their sub-levels. This hierarchical system of movement generation that he developed is still considered the best system because it covers all levels of central nervous system activity (Bernstein 1967; Latash, 2012, 2020). Although motor control has its origins in BC, it is a relatively recent development as a separate scientific discipline. It is a young science and therefore has much unexplored or underexplored potential. One such topic of interest to scientists is the control of the human hand and fingers. It is related to the fact that, for example as a result of a stroke or some neurological disease, the human hand is one of the first to deteriorate in its functional activity (Hunter & Crome, 2002). Finger motor development is also of interest to researchers because the flexor muscles of the four fingers (index, middle, ring and little fingers) have two muscles (m. flexor digitorum superficialis (FDS) and m. flexor digitorum profundus (FDP)) and the extensor muscle of the same fingers has only one muscle (m. extensor digitorum). (Kalberg, 1973; Knipše, et al., 2020). Other muscles, such as m. extensor digiti minimi or m. extensor indicis, also contribute to the functionality of the fingers. There are no muscles in the fingers themselves to flex or abduct them. These facts make the study of fingers both simpler (relatively few muscles are involved in the movement) and more complex (finger differences are probably of neural origin). The joint is normally powered by two muscles with opposite actions. This phenomenon is known as agonist-antagonist coactivation (Smith, 1981). The agonist exerts a force and/or moment of force in the direction of the task, while the antagonist opposes this action. When pressed with the fingertips, the agonist is the external finger flexor muscle - FDP - a multifilament muscle in the forearm and the four tendons located in the distal phalanges of the four fingers (Kalberg, 1973; Knipše, et al., 2020). This shows that the fingers are interconnected by nature, which motor control has only started to study in more depth in the last twenty years. Our publications are a complement to these studies and an attempt to further understand finger control and their interdependence. This new knowledge can serve as a basis for future research directions in sport, as in many sports (e.g. archery, shooting, rock climbing, etc.) finger specialisation is a key factor in achieving high performance.
  • No Thumbnail Available
    Item
    Plaukstas pirkstu radītā spēka un to savstarpējās atkarības izmaiņas izometriskos uzdevumos. Promocijas darba kopsavilkums
    (Latvijas Sporta pedagoģijas akadēmija, 2022) Āboliņš, Valters; Lanka, Jānis
    Motorā kontrole ir mērķtiecīgas brīvprātīgas kustības ierosināšanas, vadīšanas un gradācijas process (Medical Dictionary for the Health Professions and Nursing). Tā pēta kā nervu sistēma mijiedarbojas ar cilvēka ķermeni un apkārtējo vidi, lai nodrošinātu koordinētas kustības (Latash, 2012). Pēdējo desmitu gadu laikā motorā kontrole ir strauji attīstījusies un atdalījusies no neirofizioloģijas un biomehānikas, kā atsevišķa nozare. Motorās kontroles pirmsākumus var meklēt jau senajā Grieķijā, kur tā laika filozofi un matemātiķi interesējās par cilvēka ķermeņa kustībām un dvēseli, kas tās vada un kontrolē. Laikam ritot, tika izpētīti un saprasti dažādi kustību kontroles mehānismi. Mūsu ēras otrajā gadsimtā ārsts Galens atklāja, ka locītavu kustības kontrolē divi pretēji muskuļu pāri: agonisti un antagonisti. Cilvēka kustību izpēte turpinājās renesanses laikā. Dekarts izvirzīja teoriju, kuras pamatā bija ideja, ka cilvēks sastāv no divām neatkarīgām daļām - ķermeņa un dvēseles (līdzīgi kā to domāja senie grieķi) (Cappozzo & Marchetti, 1992; Latash, 2012). Elektrības esamība cilvēku iekšējos procesos tika atklāta astoņpadsmitā gadsimta beigās, savukārt vācu zinātnieks Flugers deviņpadsmitā gadsimta vidū eksperimentos ar vardēm, kam tika nogrieztas galvas, atklāja, ka muguras smadzenes spēj radīt jēgpilnas un kontrolētas kustības (Verworn, 1907). Tajā pašā laikā amerikāņu zinātnieks Vudvorts izpētīja vienu no pirmajiem secinājumiem par motoro kontroli, ka ātras kustības kontrole sastāv no sākotnējā impulsa un vēlākiem labojumiem. Šī ideja mūsdienās tiek bieži formulēta kā uz priekšu vērstas un atgriezeniskās saites kontroles procesu kombinācija (Elliott et al. 2001). Par motorās kontroles pamatlicēju uzskata krievu zinātnieku Nikolaju Bernšteinu, kurš pierādīja, ka realizējot noteiktu kustības uzdevumu, locītavas nedarbojas neatkarīgi, bet labo viena otras kļūdas. Viņš secināja, ka cilvēka centrālā nervu sistēma nenodrošina unikālu un viennozīmīgu motoro risinājumu, bet izmanto informāciju, ko saņem no perifērijas, lai nodrošinātu precīzāku kustības uzdevuma izpildi. N. Bernšteins izstrādāja lieko brīvības pakāpju ierobežošanas (kinemātiskās un dinamiskās pārpilnības) teoriju – lai realizētu kādu kustības uzdevumu, ir iespējami bezgalīgi daudz risinājumu, tāpēc nevajadzīgās vai liekās brīvības pakāpes jāierobežo un mehāniski jāsasaista. Lielākais N. Bernšteina nopelns - daudzlīmeņu kustību vadīšanas sistēmas teorijas iztrādāšana, kura sastāv no pieciem līmeņiem: paleokinētiskais līmenis, sinerģijas un modeļu līmenis, telpiskā lauka līmenis, darbību līmenis un simboliskas, ļoti koordinētas darbības līmenis, un to apakšlīmeņiem. Šī viņa izstrādātā kustību veidošanas hierarhiskā sistēma joprojām tiek uzskatīta par labāko sistēmu, jo aptver visus centrālās nervu sistēmas darbības līmeņus (Bernstein 1967; Latash, 2012, 2020). Lai arī motorās kontroles pirmsākumi ir meklējami vēl pirms mūsu ēras, tomēr kā atsevišķa zinātnes nozare tā ir noformulējusies salīdzinoši nesen. Tā ir jauna zinātne un tāpēc tajā ir daudz neizpētīta vai nepietiekami izpētīta. Viena no tādām zinātniekus interesējošām tēmām ir cilvēku plaukstas un pirkstu darbības kontrole. Tā ir saistīta ar to, ka, piemēram, insulta vai kādu neiroloģisku slimību rezultātā, cilvēka plauksta ir viena no pirmajām, kas pasliktina savu funkcionālo darbību (Hunter & Crome, 2002). Pirkstu motorika pētniekiem šķiet interesanta arī tāpēc, ka četru pirkstu (rādītājpirksts, vidējais pirksts, zeltnesis un mazais pirkstiņš) saliecējmuskuļi ir divi muskuļi (m. flexor digitorum superficialis (FDS) un m. flexor digitorum profundus (FDP)) un šo pašu pirkstu atliecējmuskulis ir tikai viens (m. extensor digitorum). (Kalbergs, 1973; Knipše, et al., 2020). Pirkstu funkcionalitātes nodrošināšanā piedalās arī citi muskuļi, piemēram, m. extensor digiti minimi vai m. extensor indicis. Pašos pirkstos nav muskuļu, kas tos saliektu vai atliektu. Šie fakti padara pirkstu pētīšanu gan vienkāršāku (kustībā ir iesaistīti salīdzinoši maz muskuļu), gan arī sarežģītāku (pirkstu atšķirības iespējams ir neirālas izcelsmes). Parasti locītavu darbina divi muskuļi ar pretējām darbībām. Šo parādību dēvē par agonista un antagonista koaktivāciju (Smith, 1981). Agonists rada spēku un/vai spēka momentu uzdevuma virzienā, bet antagonists šai darbībai pretojas. Spiežot ar pirkstu galiem, agonists ir ārējais pirkstu locītavas muskulis - FDP - daudzšķiedru muskulis apakšdelmā un četrām cīpslām, kas atrodas četru pirkstu distālajās falangās (Kalbergs, 1973; Knipše, et al., 2020). Šis parāda to, ka jau no dabas pirksti ir savstarpēji saistīti, ko motorā kontrole tikai pēdējos divdesmit gadus ir padziļinātāk sākusi pētīt. Mūsu publikācijas ir papildinājums šiem pētījumiem un mēģinājums plašāk izprast pirkstu kontroli un to savstarpējo atkarību. Šīs jaunās zināšanas var būt kā pamats nākotnes pētniecības virzieniem sportā, jo daudzos sporta veidos (piemēram, loka šaušana, šaušana, klinšu kāpšana, u.c.) pirkstu specializācija ir būtisks faktors augstu rezultātu sasniegšanā.