Нервная система в регуляции движений

Нервная состоит система из головного и спинного мозга, нервов и чувствительных рецепторов. Нервную систему делят на две части — центральную и периферическую. Центральная нервная система (ЦНС) образована головным и спинным мозгом, а периферическая нервная система состоит из 12 пар черепных нервов и 31 — спинномозговых нервов, чувствительных нервных окончаний, ганглиев (скоплений нейронов) и сплетений (сети аксонов, а в отдельных случаях и нейронов, расположенных за пределами ЦНС).

В общем виде строение и функции нервной системы, обусловливающие управление движениями, представлены на рисунках 1 и 2.

Рис 1 Чувствительные рецепторы и их пути к спинному и головному мозгу (1), двигательные пути нервной системы (2) (Wilmore, Costill, 2004)

 

Спинномозговые нервы и их функции (1), строение нейрона (2) и рефлекторной дуги (3) (Сили и др., 2007

 

Условно разделяя головной мозг на четыре участка — конечный мозг, промежуточный мозг, мозжечок и ствол мозга, следует выделить его области, связанные с двигательной деятельностью. Это двигательная кора конечного мозга, базальные ядра, промежуточный мозг, мозжечок, средний мозг и продолговатый мозг.

Двигательная область коры конечного мозга обеспечивает сознательный контроль мышечных движений. В двигательной области находятся тела пирамидных нейронов, аксоны которых образуют корково-спинномозговые пути, по которым обеспечивается произвольный контроль скелетных мышц.

Базальные ядра находятся в белом веществе под корой головного мозга. Они играют важную роль в планировании и осуществлении движений. Базальные ядра представляют собой скопления нейронов, соединенных сложными нервными цепями друг с другом, с таламусом и корой головного мозга. Эти соединения формулируют стимулирующие и тормозящие мышечную деятельность цепи. Стимулирующие цепи обеспечивают оптимальный мышечный тонус, облегчают движение, особенно в его начале. Тормозные цепи способствуют деятельности стимулирующих цепей, блокируя деятельность мышц-антагонистов.

В промежуточном мозге, расположенном под передним и перед средним мозгом, за обработку сенсорных сигналов и их передачу в кору больших полушарий отвечает таламус.

Мозжечок — отдел головного мозга, расположенный позади продолговатого мозга, под затылочными долями полушарий головного мозга. Мозжечок отвечает за координацию и регуляцию движений, постоянно корректирует как произвольные, так и автоматизированные движения. Мозжечок способствует осуществлению стойкой двигательной координации простых движений за счет своей дифференцирующей (сравнительной) функции. Согласно этой функции, потенциалы действия из двигательной зоны коры мозга опускаются в спинной мозг, инициируя произвольные движения, а также в мозжечок, предоставляя нейронам мозжечка информацию о запланированном движении. Проприоцептивные нейроны направляют в мозжечок информацию о действительных движениях. В мозжечке сигналы, поступающие из двигательной зоны головного мозга, сравниваются с теми, которые получены от двигательного аппарата, то есть запланированное двигательное действие связывается с реальным. В случае обнаружения несоответствия мозжечок направляет коррегирующие сигналы через таламус в двигательную зону коры мозга и в спинной мозг с целью устранения расхождений (рис 3). Функции мозжечка не ограничиваются дифференцирующей функцией. Мозжечок вместе с двигательной зоной коры головного мозга и базальными ядрами участвует в усвоении быстрых и точных движений, отличающихся координационной сложностью и широкой вариативностью скоростно-силовых характеристик, синхронизирует двигательную деятельность, обеспечивает быстрый переход от одного движения к другому.

Мозжечок получает и интегрирует информацию из головного мозга и проприорецепторов, зрительного анализатора о положении тела и его частей, равновесии, развиваемых усилиях и выполняемых движениях. Мозжечок обрабатывает всю эту информацию и определяет наилучший план действий, направленных на выполнение движения (Wilmore, Costill, 2009).

 

1. Двигательная зона коры мозга направляет потенциалы действия в нижние двигательные нейроны спинного мозга.

2. Потенциалы действия из двигательной зоны коры мозга информируют мозжечок о намеренном движении.

3. Нижние двигательные нейроны спинного мозга направляют потенциалы действия в скелетные мышцы, вызывая их сокращения.

4. Проприоцептивные сигналы из скелетных мышц и суставов, идущие в мозжечок, передают информацию о состоянии мышц и структур, которые будут двигаться во время сокращения.

5. Мозжечок сравнивает информацию, поступившую из двигательной зоны коры мозга, с проприоцептивной информацией из скелетных мышц и суставов.

6. Потенциалы действия, идущие из мозжечка в спинной мозг, модифицируют стимулирование двигательной зоны коры мозга нижних двигательных нейронов.

7. Потенциалы действия из мозжечка направляются в двигательную зону коры мозга, которая модифицирует двигательную деятельность.

Рис 3. Дифференцирующая функция мозжечка (Сили и др., 2007)

 

Ствол мозга состоит из среднего мозга, варолиевого моста и продолговатого мозга и представляет собой часть мозга, соединяющую го­ловной мозг со спинным. Через средний мозг проходят сенсорные и двигательные нервы, обеспечивающие обмен информацией между головным и спинным мозгом. По всей длине ствола проходит ряд специальных нейронов, образующих так называемую ретикулярную формацию, которая участвует в координации мышечных сокращений, а также в контроле деятельности сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Нижняя часть ствола мозга — продолговатый мозг — в основном состоит из пучков нервных сенсорных (афферентных) и двигательных (эфферентных) волокон. Сенсорные волокна передают сигналы от рецепторов мышц и суставов в верхние отделы головного мозга, а двигательные волокна направляют сигналы из головного мозга к мышцам и сухожилиям.

Нижняя часть ствола мозга постепенно переходит во вторую часть ЦНС — спинной мозг, который содержит совокупность сенсорных и двигательных волокон, обеспечивающих проведение нервных импульсов из головного мозга к периферии и от периферических органов — к головному мозгу.

В периферической нервной системе выделяется два отдела. Сенсорный (афферентный, чувствительный), передающий электрические сигналы (потенциалы действия) из чувствительных нервных окончаний в ЦНС, и двигательный (эфферентный), передающий потенциалы действия в эфферентные органы — мышцы и железы. Периферическая нервная система подразде­ляется также на соматическую нервную систему и вегетативную (автономную) нервную систему. Соматическая нервная система представляет собой совокупность афферентных и эфферентных нервных волокон, иннервирующих скелетные мышцы, а вегетативная нервная система, которая часто называется автономной, — комплекс периферических нервов, контролирующих обмен веществ и деятельность внутренних органов.

Применительно к задачам, возникающим в спорте, деятельность нервной системы выглядит следующим образом (рис. 4). Сенсорный отдел периферической нервной системы выявляет стимулы и направляет потенциал действия в ЦНС, которая обрабатывает поступающую информацию и инициирует потенциалы действия. Последние проводятся через двигательный отдел и мобилизуют соматическую и вегетативную нервную систему.

Рис 4 Организация нервной системы (Сили и др., 2007)

 

Сенсорные нейроны обеспечивают передачу информации об основных характеристиках двигательной деятельности с помощью различных видов рецепторов (механических, болевых, зрительных, хеморецепторов) в спинной мозг. Эта информация может останавливаться на различных уровнях. Простейшие импульсы обрабатываются в спинном мозгу и ответом являются двигательные рефлексы. Более сложные реакции связаны с обработкой информации на более высоких уровнях. Сенсорные импульсы, регулирующие позу и простые передвижения, обрабатываются в нижней части ствола мозга и вызывают подсознательные двигательные реакции, более сложные по сравнению с рефлексами спинного мозга.

Импульсы, обрабатываемые в мозжечке, также связаны с подсознательным уровнем управления движениями. Однако движения, которые координируются мозжечком вместе с базальными ядрами головного мозга, отличаются высокой координацией и воспроизводятся автоматически. Сенсорные импульсы, обрабатываемые на уровне таламуса, уже связаны с сознательной деятельностью человека, однако доля сознания в их регуляции еще невелика и система управления движениями представляет собой сочетание подсознательных реакций с элементами осознанной корректировки.

Полностью осознанная обработка сенсорных импульсов протекает только на уровне коры головного мозга и проявляется в двигательных реак­циях, обеспечивающих выполнение сложных или неосвоенных движений и связана с ощущениями, которые представляют собой осознанное восприятие воздействий, принимаемых рецепторами.

К возникновению ощущений приводит не вся информация, воспринимаемая рецепторами. Очень многие потенциалы действия не воспринимаются на уровне сознания, а обрабатываются автоматически на более низких уровнях ЦНС. В частности, подавляющий объем информации о хорошо освоенных и привычных положениях тела обрабатывается на подсознательном уровне в мозжечке. Рост технического мастерства спорт­смена, его способность к точному управлению пространственно-временными и динамическими характеристиками движений в соответствии с требованиями тренировочной и соревновательной деятельности прямо обусловлен способностью к автоматической обработке потенциалов действия на подсознательном уровне.

После поступления и обработки сенсорных импульсов передача информации к мышцам осуществляется через двигательные (эфферентные) нейроны, которые контролируют мышечную деятельность различного уровня сложности. Простейшие реакции осуществляются в виде простых рефлексов на уровне спинного мозга, регуляция более сложных движений происходит на уровне нижних отделов головного мозга, а управление сложными движениями осуществляется в результате обработки информации и двигательных реакций, протекающих в двигательной зоне коры головного мозга (Wilrnore, Costill, 2004).

Освоение новых и сложных двигательных программ требует активной мыслительной деятельности и обостренного внимания. По мере формирования двигательных умений и навыков необходимость в повышенном внимании и осознанном контроле постепенно снижается. Хоро­шо освоенные структуры двигательных действий хранятся в сенсорном и двигательном отделах мозга и могут быть мобилизованы без существенного двигательного контроля.