Условнорефлекторные механизмы как физиологическая основа формирования двигательных навыков

Сенсорные и исполнительные (оперантные) компоненты двигательного навыка. Физиологическим механизмом тренируемости, благодаря которому формируются новые, индивидуально приобретенные виды двигательной деятельности, в том числе спортивная техника,-являются временные связи, возникающие условноре-флекторным путем. Рефлекторная природа произвольных движений была раскрыта И. М. Сеченовым. В дальнейшем И. П. Павлов вместе со своими многочисленными учениками и последователями выявили основные закономерности образования новых форм двигательных актов по механизму условнорефлекторных связей.

Классические условные реакции в опытах с выделением слюны характеризуются образованием временной связи между индифферентным сигналом и подкрепляющим тот сигнал безусловным рефлексом (условные рефлексы первого порядка) или ранее образованной устойчивой условнорефлекторной реакцией (условные рефлексы более высоких порядков). Это сенсорные условные рефлексы, в которых ответная реакция на афферентный сигнал (например, слюноотделение, отдергивание руки при нанесении болевого раздражения) является или безусловнорефлекторной, или ранее приобретенной условной реакцией. В них, следовательно, используется ответ в виде уже имеющейся в организме реакции, и только сигнал, т. е. сенсорная часть, приобретает новые (условно-рефлекторные) свойства.

Но когда речь идет о двигательных навыках, всегда подразумевается не просто повторение по условному сигналу ранее имевшейся реакции, а образование оперантных, называемых также инструментальными или мануальными; временных связей. Эти связи характеризуются новой формой движения или образованием комбинации из уже известных элементов нового сложного двигательного акта, до этого не имевшегося у данного организма. Следовательно, в этом случае временные связи относятся не только к афферентным (сенсорным, чувствительным), но и к эфферентным (эффекторным), т. е. исполнительным, звеньям двигательных реакций.

Двигательные навыки человека характеризуются тем, что в них одновременно сочетаются оба вида временных связей. С одной стороны, через первую и вторую сигнальные системы устанавливаются связи между ранее индифферентными для спортсмена раздражителями и последующей деятельностью (сенсорные компоненты временной связи), а с другой - вырабатываются новые ответные двигательные реакции (оперантные компоненты временных связей) с соответствующим характером протекания не только двигательных, но и вегетативных функций.

При образовании спортивных и других двигательных навыков у человека особенно большое значение имеют временные связи высших порядков, формирующиеся при воздействиях не только через первую, но и через вторую сигнальную систему (обучение различным навыкам всегда осуществляется путем не только показа, но и словесного объяснения).

Формирование двигательного навыка сопровождается образованием временных связей, способствующих более эффективному обеспечению движений функциями вегетативных органов, особенно при длительных упражнениях циклического характера. Существенно, что моторные и вегетативные компоненты двигательного навыка формируются не одновременно. В навыках с относительно простыми движениями (например, в беге, ходьбе на лыжах) раньше формируются двигательные компоненты, в навыках же со сложными Движениями (например, в гимнастике, борьбе, спортивных играх) - вегетативные компоненты.

Характерно, что после образования навыка вегетативные компоненты могут стать более инертными, чем двигательные. Например, при изменении привычной формы деятельности - переход с непрерывной работы на работу с переменной интенсивностью - двигательные функции изменяются быстро, в ряде случаев сразу же, а вегетативные органы еще длительное время функционируют в соответствии с ранее сформировавшимся характером движения (М. Е. Маршак).

Значение для формирования сложных движений ранее выработанных координации. При обучении технике спортивных движений формирование двигательных навыков всегда происходит на базе ранее выработанных организмом координации. Например, навык стояния формируется у ребенка на базе навыка сидения, при котором приобретается способность удерживать в вертикальном положении голову и туловище, навык ходьбы - на базе навыка стояния. При формировании различных спортивных движений, например в гимнастике, фигурном катании на коньках, многие компонент ты физического упражнения также не являются полностью новыми, они представляют собой элементы ранее приобретенных навыков.

Если необходимо усвоить сложную технику движения, компоненты которого в значительной своей части являются новыми, обычно используются подготовительные упражнения и обучение по элементам, когда техника выполнения движения усложняется постепенно на базе.временных связей, сформированных при более простых координациях.

В некоторых случаях наличие прочно закрепившихся навыков не только не содействует, но даже препятствует формированию нового по своему характеру двигательного акта, особенно когда структура нового движения связана с переделкой старого навыка. Например, если при обучении фигурному катанию на коньках образовать и закрепить навык вращения только в одну сторону, то это затруднит выработку навыка такого же вращения в противоположную сторону. Поэтому при обучении спортивным упражнениям важно сразу же формировать правильные движения, так как переделка прочно закрепленных неполноценных двигательных актов может потребовать весьма длительного времени и большого труда.

Динамический стереотип и экстраполяция в спортивных двигательных навыках. Двигательный навык, как правило, представляет собою не элементарный, а комплексный двигательный акт, состоящий из нескольких элементов (фаз), связанных в едином целостном двигательном акте. В ациклических упражнениях-отдельные фазы в определенном порядке последовательно сменяют друг друга. В циклических упражнениях также имеется многократно повторяющаяся закономерная связь фаз движения в каждом цикле.

Рис. 54. Вариации латентных периодов в мс (А), длительность залпов в мс (Б) и амплитуды биопотенциалов в мкв (В) шести мышц при 1, 3 и 15-м (арабские цифры слева) повторениях баллистического движения - имитации броска копья - в шести мышцах: I - правой четырехглавой м. бедра, II - левой четырехглавой м. бедра, III - правой широчайшей м. спины, IV - правой большой грудной м., V -правой дельтовидной м., VI-правой трехглавой м. плеча (но Л. Г. Сулиеву и А. Г. Фалалееву)

В процессе формирования двигательного навыка отдельные фазы движения, представляющие собой как бы различно протекающие компоненты двигательного акта, складываются в своеобразную цепь реакций, осуществляющихся в виде определенного динамического стереотипа.

Следует указать, что динамический стереотип в физических упражнениях относится только, к последовательности осуществления фаз движения. Так, при беге, ходьбе, плавании и т. д. только последовательность этих фаз остается одной и той же, а временные отношения между ними, обусловленные длиной и частотой шагов, постоянно варьируют. В нутре н н я я Же структура движения, т. е. состав участвующих в двигательном акте мышц и количество сокращающихся двигательных единиц в этих мышцах, может непрерывно меняться. Это характерно также для длительности скрытых периодов, последовательности включения в деятельность отдельных мышц, продолжительности периода импульсации в них, величины средней и максимальной амплитуды биопотенциалов и т. д. (рис. 54). Это объясняется тем, что при наличии в организме большого числа исполнительных приборов (сотни мышц и сотни и даже тысячи двигательных единиц в каждой из них) ЦНС имеет возможность достигать одного и того же внешнего эффекта за счет многих вариаций тонкой внутренней структуры движения.

Динамический стереотип является характерным для последовательности фаз внешней структуры только тех навыков, в которых эта последовательность может протекать по определенному стандарту (циклические упражнения). Но существуют и другие виды навыков, в которых необходимо в связи с частыми изменениями ситуации реагировать каждый раз новым движением (ациклические упражнения). К такого рода навыкам относятся навыки в единоборствах (боксе, фехтовании, борьбе) и спортивных играх (футболе, хоккее, баскетболе и др.). В них динамический стереотип: в виде стабильной целостной системы смены фаз движений, как правило, не образуется; стабильность в той или иной мере относится не к проявлениям сложных двигательных комбинаций, а лишь к отдельным составным элементам (например, к штрафным броскам мяча в баскетболе).

Двигательная деятельность человека характеризуется большой вариативностью. Значительная часть моторных актов новой структуры благодаря высокой пластичности ЦНС осуществляется путем экстраполяции. Она обеспечивает так называемый перенос навыков и возможность "с места" осуществлять новые движения.

Экстраполяцией является способность нервной системы на основании имеющегося опыта адекватно решать вновь воаникающие двигательные задачи. Увеличение запаса освоенных движений содействует значительному повышению возможностей человека без специального обучения правильно решать новые двигательные задачи, близкие к ранее решённым.

Формы экстраполяции весьма разнообразны. Они имеют отношение к самым разным сторонам двигательной деятельности, в том числе к связанным с правильной оценкой создавшейся ситуации и определением тактики действий, программированием характера и формы предстоящих движений и пр.

Экстраполяция широко осуществляется при выполнении не только совершенно новых, но и привычных двигательных актов. Например, человек при ходьбе использует огромное количество различных вариантов комбинаций деятельности мышц, необходимых каждый раз для адекватного приспособления к конкретным условиям. Любой наклон тела или поворот головы, изменение высоты или длины шага, увеличение или снижение веса переносимого груза всегда сопровождаются изменениями программы выполнения двигательного акта. Естественно, что практически невозможно обучить человека неограниченному числу встречающихся в жизни вариантов движения, например, ходьбы. Но при овладении даже ограниченным числом вариантов этого двигательного акта ЦНС оказывается способной благодаря экстраполяции осуществлять его в самых различных условиях.

Еще большее значение экстраполяция имеет при выполнении движений со значительными вариациями внешнего характера двит гательного акта. Например, футболист может выполнить удар по мячу разными частями правой или левой ноги, с неодинаковой силой, из различного исходного положения. Такого рода разнообразные двигательные задачи после обучения относительно ограниченному числу приемов решаются благодаря экстраполяции.

Способность человека к экстраполяции при овладении двигательными актами лишь в небольшой степени обусловлена наследственной информацией. Основное значение имеет формирование временных связей. При однообразном выполнении двигательных актов возможности к экстраполяции суживаются, при разнообразии же их - расширяются. Поэтому тренировка не только в спортивных играх и единоборствах, но и в циклических движениях должна проводиться с различной скоростью и длительностью передвижений, с разным весом отягощений и т. д.

Диапазон экстраполяции всегда несколько ограничен. Так, навыки, которыми обладает футболист, не могут быть использованы для выполнения путем экстраполяции приемов борца или боксера и наоборот. Поэтому экстраполяцию необходимо учитывать при подборе комплекса подготовительных упражнений. Этот комплекс должен включать такие упражнения, которые могут оказать положительное влияние на освоение основного упражнения. Если же несколько вспомогательных упражнений дают по механизму экстраполяции один и тот же эффект, то количество их можно уменьшить. При подборе Подготовительных упражнений необходимо также всегда учитывать тот эффект, который по механизму экстраполяции сказывается и на развитии вегетативных функций (кровообращение, дыхание и т.п.), обеспечивающих двигательную деятельность.

Развитие у спортсмена способности к экстраполяции позволяет ему лучше бороться с действием сбивающих факторов и в случае невозможности осуществить движение или какую-либо его фазу по ранее заученной программе создавать новую внешнюю или внутреннюю структуру деятельности мышц, адекватную решаемой двигательной задаче.

Стадии (фазы) формирования двигательного навыка.Становление двигательного навыка проходит через несколько стадий, или фаз. В первой стадии отмечается иррадиация нервных процессов с генерализацией ответных реакций и вовлечением в работу лишних мышц. На этой стадии начинается объединение отдельных частных действий в'целостный акт. Во второй стадии наблюдаются концентрация нервных процессов, улучшение координации, устранение излишнего мышечного напряжения и более высокая степень совершенства внешнего проявления стереотипности движений. В третьей стадии навык стабилизируется и еще более совершенствуются координация и автоматизация движений.

В ряде случаев некоторые из стадий могут отсутствовать. Это связано со многими факторами: степенью сложности и мощности мышечной работы, исходным состоянием двигательного аппарата, квалификацией спортсмена и др. Уже говорилось, что новые сложные движения всегда формируются на фоне сложившихся координации. Вследствие этого обучение, например, гимнастическим упражнениям будет проходить совершенно различно у новичков, спортсменов средней квалификации и у мастеров спорта. Так, у высококвалифицированных спортсменов благодаря приобретенным ранее навыкам и способности к экстраполяции обучение упражнениям может протекать без первой и даже второй стадии.

Устойчивость навыка и длительность его сохранения.Двигательные навыки, как и другие проявления временных связей, недостаточно стабильные в начале образования, в дальнейшем становятся все более и более стойкими. При этом чем они проще по своей структуре, тем прочнее. Навыки со сложнейшими координационными отношениями менее стойки. Вследствие этого даже высококвалифицированному спортсмену трудно при повторениях сложных движений каждый раз показывать свои лучшие результаты. Если хотя бы один какой-то фактор, от которого зависит качественное выполнение упражнения, становится менее полноценным, результат снижается. К факторам, снижающим устойчивость навыка, относятся ухудшение общего состояния нервной системы (например, при утомлении), развитие гипоксии, недостаточная адаптация при значительном изменении поясного времени, неуверенность в себе при сильных противниках и др. Существенное значение имеет тип нервной системы.

После прекращения систематической тренировки навык начинав ет утрачиваться. Но это имеет различное выражение для разных его компонентов. Наиболее сложные двигательные компоненты могут ухудшаться даже при перерывах в несколько дней. Еще больше они страдают при длительных перерывах (недели, месяцы). Поэтому для достижения высоких результатов тренировка должна быть систематической, без длительных интервалов. Несложные компоненты навыка могут сохраняться месяцами, годами и десятилетиями. Например, человек, научившийся плавать, кататься на коньках или ездить на велосипеде, сохраняет эти навыки в упрощенном виде даже после весьма больших перерывов.

Вегетативные компоненты навыков, связанные с регуляциейфункции кровообращения, дыхания и т. д., имеют ряд отличий от двигательных. При кратковременной смене одного вида Деятельности другим вегетативные компоненты перестраиваются медленнее, чем двигательные. При длительных перерывах (месяцы и в особенности годы) вегетативные компоненты навыка в отличие от двигательных могут угасать полностью.

Рис. 55. Электромиограммы мышц-антагонистов - трехглавой (1) и двуглавой (2) плеча при опиловке у нетренированных (А) и тренированных (Б) людей (Р. С. Персон, 1970)

Характеристика деятельности мышц при формировании двигательного навыка. Особенности деятельности мышц при формировании двигательных навыков можно проследить по данным электромиография при одновременной регистрации биопотенциалов нескольких мышц (рис. 55). Как уже говорилось, в начальных стадиях формирования спортивного навыка биопотенциалы регистрируются не только в тех мышцах, которые необходимы для осуществления данного двигательного акта, но и в ряде "лишних" мышц. Это связано с явлениями иррадиации в нервных центрах. По мере закрепления навыка происходит ограничение иррадиации, а при полностью сформированном навыке она наблюдается только в необычных условиях, например - при действии сильных посторонних раздражителей, при утомлении.

В результате совершенствования навыка в циклических движениях изменяется длительность периодов активности мышц. В начальных стадиях формирования навыка электрическая активность соответствующих мышц наблюдается не только во время активных фаз движения, но и в интервалах между ними (см. рис. 55). В дальнейшем злектромиографические залпы становятся короткими.

В процессе формирования навыка происходит изменение взаимоотношений между мышцами-антагонистами. В начале обучения может наблюдаться их одновременная биоэлектрическая активность, при относительно медленных движениях обнаруживается реципрокность между ними, и биоэлектрическая активность начинает возникать поочередно. Однако даже при сформированном навыке реципрокность может быть выражена не полностью, проявляясь лишь в снижении активности антагониста во время сокращения агониста.При этом чем быстрее темп движений, тем больше биоэлектрическая активность агониста сочетается с одновременной активностью антагониста (см. рис. 54).

В ряде случаев одновременная деятельность мышц-антагонистов представляет собой выражение особой формы координации, наблюдающейся при высокой степени, совершенства данного двигательного навыка. В частности, это имеет место при медленных движениях, требующих плавного перемещения звеньев тела, например при спуске курка у стрелков.

У разных лиц биоэлектрическая активность, отражающая степень участия в движении различных мышц при формировании двигательного навыка, протекает неодинаково. Это объясняется тем, что одно и то же движение может выполняться при несколько отличающемся сочетании деятельности работающих мышц.

В связи с этим в картине биоэлектрической активности у спортсменов одинаковой квалификации наряду с общими чертами могут быть и существенные различия.