Prefleksler - Preflexes

Prefleksler gizli kapasitelerdir kas-iskelet sistemi kullanımıyla hareketleri otomatik olarak stabilize eden doğrusal olmayan visko elastik özellikleri kaslar ne zaman sözleşme.[1][2] Böyle bir sıfır gecikmeli, içsel geri besleme döngüsü için "preflex" terimi Loeb tarafından icat edilmiştir. [3] Kullanarak stabilizasyon yöntemlerinin aksine nöronlar, gibi refleksler ve daha yüksek beyin kontrolü bir preflex minimum zaman gecikmesi ile gerçekleşir; ancak sadece kas-iskelet sisteminin ana hareketlerini stabilize eder.[kaynak belirtilmeli ]

Visko-elastik düzeltme

Kaslar kasıldıklarında doğrusal olmayan visko-elastik özelliklere sahiptir.[4][5][6] Bu özellik, bir kas uzunluğunu değiştirmeye zorlandığında ve başlangıçta komut verildiğinden farklı bir hızda hareketleri otomatik olarak düzeltebilir. Böyle bir otomatik düzeltme, komut verilen bir eylem bozulduğunda, örneğin, ayağın beklenmedik şekilde gerilmesine neden olduğu için bir adım bir deliğe girerse yararlıdır. Kasların doğrusal olmayan visko-elastik özellikleri, bu tedirginliğin neden olduğu hız ve uzunluk farklılıkları ile etkileşime girerek, pertürbasyonun vücut üzerindeki etkilerini doğrudan etkisiz hale getirecek şekilde etkileşir. Düzensizliğe karşı direncin bir kısmı, doğrusal olmayan aracılığıyla pasiftir. kas ve diğer yumuşak dokular tarafından üretilen pasif gerginlik ve eklem torklarında artış.[4] Doku ön gerilimi, bir eklemin antagonistik dokularındaki varlığı nedeniyle eklemin pasif sertliğini ve stabilitesini artıran, bazal düzeyde bir pasif gerilim oluşturan prefleksif bir özelliktir.[7]

Evrimsel fırsat

Kaslar birçok farklı sistem içerir. evrimsel seçim preflex stabilizasyon çalışabilir. Deltoid Kası örneğin, farklı kemik ekleri ve sinir kontrolü olan en az yedi bölümden oluşur.[8] Her bir kas segmentinin içinde, her kas ünitesinin bir tendondan oluştuğu bire inen karmaşık bir iç yapı vardır. aponevroz ve bir fasikül aktif kasılma ve pasif elemanların.[4] Başka bir varyasyon kaynağı, bir kasın hareket çizgisine göre lif oryantasyonunun iç mimarisidir, örneğin, flama kasları.[9] Bu alt parçaların farklı visko-elastik uzunluk ve hız-kuvvet ilişkilerinin karmaşıklıkları, yüksek düzeyde göreve göre ayarlanmış doğrusal olmayan visko-elastik uzunluk-hız-kuvvet ilişkileri ile yapısal olarak karmaşık kas biyo-kompozitlerinin uyarlamalı seçimi için fırsat sağlar. Kompozit yapılar olacak kasların bu yapısı, böylelikle evrime kas-iskelet sisteminin visko-elastik reaksiyonlarını değiştirmek için uyarlanabilir bir fırsat sağlar, böylece omurga veya daha yüksek kontrol seviyelerine ihtiyaç duymadan düzensizliklerle mücadele ederler.

Örnekler

Bacak adım kurtarma

Miğferli gine tavuğu diğerleri gibi iki ayaklı kuşlar yürümek engebeli zeminde. Bir gine tavuğunun bacağı bir deliğe girdiğinde (evrimin, kas-iskelet sisteminin doğrusal olmayan visko-elastik özelliklerini ayarladığı ortak bir bozulma), bacak eklemlerini kaplayan kaslarda anlık olarak beklenmedik bir hız ve uzunluk değişikliği meydana gelir. Bu uzunluk / hız uyuşmazlığı, böylesi bir bozulmaya yanıt olarak gelişen doğrusal olmayan uzunluk ve hız-kuvvet ilişkileri ile etkileşime girerek, bacağın deliğe doğru daha da uzanması ve böylece kuşun vücudunu sabit ve dik tutması sonucunu doğurur.[10]

Bacak silme

Bir kasın içsel kas-iskelet özellikleridir. kurbağanın bacak hareketi başlatıldığında irritanlarda silme hareketlerini stabilize eden, nöral aracılı spinal refleksler olmayan bacak.[11]

Çömelme atlar

Preflex stabilizasyonun insan örneği, bir kişi patlayarak atlar yukarı çömelme pozisyonu ve bacak kasları, dikeyden kaynaklanan bozulmalara karşı minimum bir gecikme süresi sağlayacak şekilde hareket eder.[6]

Referanslar

  1. ^ Blickhan, R .; Seyfarth, A .; Geyer, H .; Grimmer, S .; Wagner, H .; Gunther, M. (2007). "Mekanikle zeka". Royal Society A'nın Felsefi İşlemleri: Matematik, Fizik ve Mühendislik Bilimleri. 365 (1850): 199–220. Bibcode:2007RSPTA.365..199B. doi:10.1098 / rsta.2006.1911. PMID  17148057.
  2. ^ Valero-Cuevas, F. J .; Yi, J. W .; Brown, D .; McNamara, R. V .; Paul, C .; Lipson, H. (2007). "Parmakların Tendon Ağı Makroskopik Ölçekte Anatomik Hesaplama Yapar". Biyomedikal Mühendisliğinde IEEE İşlemleri. 54 (6): 1161–1166. CiteSeerX  10.1.1.419.1719. doi:10.1109 / TBME.2006.889200. PMID  17549909. PDF
  3. ^ Loeb, G.E. (1995). "Kas-iskelet sistemi mekaniğinin kontrol sonuçları". 17. Uluslararası Tıp ve Biyoloji Mühendisliği Derneği Konferansı Bildirileri. 2. sayfa 1393–1394. doi:10.1109 / IEMBS.1995.579743. ISBN  978-0-7803-2475-6.
  4. ^ a b c Brown IE, Loeb GE. (2000). "Nöromüsküloskeletal modellerin oluşturulması ve kullanılması için indirgemeci bir yaklaşım". JMC Winters'da P.E. (ed.). Duruş ve hareketlerin biyomekanik ve nörolojik kontrolü. New York: Springer. sayfa 148–63. ISBN  978-0-471-50908-0.
  5. ^ Nishikawa, K .; Biewener, A. A .; Aerts, P .; Ahn, A. N .; Chiel, H. J .; Daley, M. A .; Daniel, T. L .; Full, R. J .; Hale, M. E .; Hedrick, T. L .; Lappin, A.K .; Nichols, T.R .; Quinn, R. D .; Satterlie, R. A .; Szymik, B. (2007). "Nöromekanik: Motor kontrolünü anlamak için bütünleştirici bir yaklaşım". Bütünleştirici ve Karşılaştırmalı Biyoloji. 47 (1): 16–54. doi:10.1093 / icb / icm024. PMID  21672819.
  6. ^ a b Van Soest, A. J .; Bobbert, M.F. (1993). "Kas özelliklerinin patlayıcı hareketlerin kontrolüne katkısı". Biyolojik Sibernetik. 69 (3): 195–204. doi:10.1007 / bf00198959. PMID  8373890.
  7. ^ Souza, T.R .; Fonseca, S.T .; Gonçalves, G.G .; Ocarino, J.M .; Mancini, M.C. (2009). "Ayak bileği ekleminde pasif ko-gerilim ile ortaya çıkan ön gerilim". Biyomekanik Dergisi. 42 (14): 2374–2380. doi:10.1016 / j.jbiomech.2009.06.033. PMID  19647832.
  8. ^ Brown, J. M. M .; Wickham, J. B .; McAndrew, D. J .; Huang, X. -F. (2007). "Kaslar içindeki kaslar: İzometrik motor görevler sırasında üç omuz kasındaki 19 kas segmentinin koordinasyonu". Elektromiyografi ve Kinesiyoloji Dergisi. 17 (1): 57–73. doi:10.1016 / j.jelekin.2005.10.007. PMID  16458022.
  9. ^ Azizi, E .; Brainerd, E. L .; Roberts, T. J. (2008). "Kırık kaslarda değişken dişli". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 105 (5): 1745–1750. Bibcode:2008PNAS..105.1745A. doi:10.1073 / pnas.0709212105. PMC  2234215. PMID  18230734.
  10. ^ Daley, M. A .; Biewener, A.A. (2006). "Engebeli arazide koşmak, içsel stabilite için uzuv kontrolünü ortaya çıkarır". Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı. 103 (42): 15681–15686. Bibcode:2006PNAS..10315681D. doi:10.1073 / pnas.0601473103. PMC  1622881. PMID  17032779.
  11. ^ Richardson, A. G .; Slotine, J. J .; Bizzi, E .; Tresch, M. C. (2005). "İçsel Kas İskelet Sistemi Özellikleri, Spinalize Kurbağada Silme Hareketlerini Stabilize Eder". Nörobilim Dergisi. 25 (12): 3181–3191. doi:10.1523 / JNEUROSCI.4945-04.2005. PMC  6725085. PMID  15788775.