Sensomotorische Integration von Armbewegungen und Kontrolle ...

Interaktion zwischen Anforderungen an die aufgabenspezifische Genauigkeit von
Armbewegungen und der Kontrolle der Körperbalance bei Heranwachsenden
Hintergrund
Jede Willkürhandlung mit einem Segment des Körpers muss mit einer Korrektur der
Körperhaltung einhergehen ansonsten droht der Verlust des Gleichgewichtes, besonders im
Stehen. Beim Erwachsenen wird diese notwendige Adjustierung der Körperhaltung in
Antizipation der Handlung vor dem eigentlichem Beginn bereits eingeleitet, so dass die
resultierende Störung des Körpergleichgewichtes minimiert wird. Wird zum Beispiel ein Arm
nach vorne ausgestreckt und so der Masseschwerpunkt des Körpers (CoM) nach vorne
verlagert, so hat bei Beginn der Ausstreckbewegung bereits eine Verlagerung des CoM nach
rückwärtig, zum Beispiel durch Plantarflexion, stattgefunden.
Eine Voraussetzung für die obenbeschriebene Prädiktionsleistung ist, dass das posturale
Kontrollsystem über eine Repräsentation der Dynamiken des eigenen Körper verfügt.
Allerdings ist anzunehmen, dass diese Repräsentation im Verlauf des Heranwachsens erst
erworben wird bzw. kontinuierlich an Grösse und Gewicht des Körpers angepasst werden
muss.
Da die meisten unserer Alltagshandlungen jedoch nicht isolierte Bewegungen unserer
Gliedmassen darstellen, sondern in ihrer Ausführung durch den Bezug auf ein
Handlungsobjekt komplexer sind, müssen zusätzliche Vorgaben an das posturale
Kontrollsystem bestehen. Beispielsweise wäre dieses die Anforderung beim Anheben eines
Tabletts mit Trinkbechern sicherzustellen, dass die Getränke nicht verschüttet werden. Das
bedeutet, dass nicht nur die Dynamiken des eigenen Körpers, sondern auch die des
Handlungsobjektes sowie bestimmte Anforderungen an die Handlungsgenauigkeit vor
Beginn der Ausführung bzw während der Ausführung repräsentiert und berücksichtigt
werden müssen.
Über den Zusammenhang zwischen Anforderungen an die Genauigkeit einer willkürlichen
Handlung der oberen Extremitäten und den dazugehörigen Anpassungen des
Körpergleichgewichtes ist bisher nicht viel bekannt.
Ziel dieser Studie ist es, das Auftreten sogenannter antizipatorischer posturaler
Anpassungen der Körperhaltung während einer objektbezogenen Armbewegung bei jungen
Heranwachsenden zu untersuchen. Desweiteren sollte ermittelt werden, ob spezifische
Aufgabenbedingungen und Genauigkeitsanforderungen die posturale Kontrolle
beeinflussen.
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Methode
Eine Gruppe junger Erwachsener wird mit einer Gruppe Heranwachsender kontrastiert.
Die Probanden werden gebeten beidhändig ein Tablett mit 3 Wasser gefüllten Bechern zu
balancieren und dabei eine möglichst schnelle, nach vorwärts reichende Armbewegungen
auszuführen (siehe Figur 1).
Figur 1.
Sechs Testbedingungen werden in mehreren Durchgängen erfasst (siehe Figur 2 für
Bedingungen iii bis vi):
(i) Bewegung nur mit der leeren Hand
(ii) Bewegung nur mit Tablett ohne Becher
(iii) Bewegung mit Tablett und zentriert angeordneten, geschlossenen Bechern
(iv) Bewegung mit an der Peripherie des Tabletts angeordneten, geschlossenen
Bechern
(v) Bewegung mit zentriert angeordneten, offenen Bechern
(vi) Bewegung mit an der Peripherie angeordneten, offenen Bechern.
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Figur 2.
Gemessen wird die anterior-posteriore Position und Veränderungsrate der Armbewegung
und die Schwankung des Oberkörpers mittels kinematischen Messsystems (Zebris CMS20;
60 Hz), ausserdem Fluktuationen des Ansatzpunktes der Bodenreaktionskraft (Bertec 4060;
600 Hz; Centre-of-Pressure, CoP).
Ausgewerten werden die Koppelung zwischen Armbewegungen und CoP-Anpassungen
sowie die zeitliche Relation der beiden Parameter in Abhängigkeit von der Komplexität bzw
den Genauigkeitsanforderungen an die Willkürhandlung der Arme.
Zu bestimmten Zeitpunkten werden mittels eines Zugsystems ausserdem kleine Störungen
der Armbewegungen bzw des Köpergleichgewichtes induziert, um zentrale Prozesse der
Gleichgewichtskompensation zu charakterisieren.
Erwartungen
Heranwachsende generieren weniger optimale antizipatorische posturale Anpassungen, da
sie weiterhin signifikanten körperlichen Veränderungen als auch Veränderungen in der
kognitiven Kapazität unterliegen, so dass ihre Vorhersagen zu externen oder internen
Störungen ihres Körpergleichgewichtes nicht mit derselben Genauigkeit wie bei
Erwachsenen repräsentiert werden.
Studentische Voraussetzungen und Arbeitsaufgaben
Intrinsische Motivation und Interesse an der motorischen Entwicklung
Heranwachsender
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Keine Vorerfahrung mit quantitativen Bewegungsmessverfahren vorausgesetzt,
allerdings Voraussetzung der Erfahrung numerische Daten mithilfe MS Excel oder
SPSS (oder ähnliche software) zu verarbeiten
Studentische Aufgaben umfassen:
o Eventuelle Generierung ergänzender Forschungsfragestellungen
o Rekrutierung und Testung von heranwachsenden und erwachsenen
Probanden
o Datenaufbereitung und statistische Auswertung unter Aufsicht des Betreuers
o Schriftliche Anfertigung einer Abschlussarbeit
Literatur:
1. Papegaaij, S., de Lima-Pardini, A. C., Smith, B. A., Otten, E., Cohen, R. G., & Horak, F.
B. Keeping your balance while balancing a cylinder: interaction between postural and
voluntary goals. Exp.Brain Res. 2012; in press.
2. Girolami GL, Shiratori T, Aruin AS. Anticipatory postural adjustments in children with
typical motor development. Exp Brain Res. 2010;205(2):153-65.
3. Aimola E, Santello M, La Grua G, Casabona A. Anticipatory postural adjustments in
reach-to-grasp: effect of object mass predictability. Neurosci Lett. 2011;502(2):84-8.
4. Krishnan V, Aruin AS, Latash ML. Two stages and three components of the postural
preparation to action. Exp Brain Res. 2011;212(1):47-63.
5. Klous M, Mikulic P, Latash ML. Two aspects of feedforward postural control:
anticipatory postural adjustments and anticipatory synergy adjustments. J
Neurophysiol. 2011;105(5):2275-88.
Bitte Anfragen an:
Leif Johannsen, Dr rer nat, Dipl-Psych
Lehrstuhl für Bewegungswissenschaft
Fakultät für Sport- und Gesundheitswissenschaft
Technische Universität München
Georg-Brauchle Ring 60/62
80992 München
Tel.: 089/289-24552
Email: Leif.Johannsen@tum.de
www.bewegungswissenschaft.sp.tum.de
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