§ 17. Выполнение произвольных движений

Определения и обозначения

Произвольные движения — движения, которые человек выполняет осознанно, по собственному намерению. Например, решив написать слово, человек намеренно направляет руку к тетради. Это понятие помогает отличать действия, которыми человек управляет, от автоматических реакций на раздражитель.

Двигательная зона коры больших полушарий — участок коры, откуда начинаются команды для произвольных движений. Кора — наружный слой больших полушарий головного мозга, участвующий в сложной обработке информации. Двигательная зона нужна, чтобы намерение превратилось в сигнал для определённых мышц.

Двигательный нервный путь — цепь нервных клеток, по которой команда от головного мозга передаётся к мышцам. По пути импульсы проходят от коры через проводящие пути к двигательным нейронам, а затем направляются к мышцам. Это понятие помогает проследить, как сигнал достигает органа, который должен выполнить действие.

Обратная связь — поступление в мозг сведений о положении тела и результате движения. Такие сведения приходят от органов чувств, в том числе от рецепторов мышц и суставов, которые воспринимают их положение и движение. Благодаря обратной связи мозг может проверить, получилось ли действие, и при необходимости изменить его.

Как это устроено

Произвольное движение начинается с намерения: человек ставит цель, например дотянуться до чашки. Мозг учитывает задачу и подготавливает подходящее действие, выбирая, какие части тела должны участвовать. Без такой подготовки движение могло бы не соответствовать цели или требовать лишних усилий. Намерение запускает управление движением, но само по себе мышцы не сокращает.

Команда формируется в двигательной зоне коры больших полушарий. Разные участки этой зоны связаны с управлением движениями разных частей тела, поэтому мозг может направить сигнал к нужной группе мышц. Для точного действия может потребоваться участие нескольких таких групп: например, чтобы поднять руку, нужно согласовать работу мышц плеча и руки. Поэтому команда задаёт не просто движение одной мышцы, а нужную последовательность действий.

От коры нервные импульсы спускаются по проводящим путям к двигательным нейронам спинного мозга. Нейрон — нервная клетка, которая принимает и передаёт сигналы; двигательные нейроны посылают их дальше, к мышцам. Между корой и мышцей есть несколько звеньев, поэтому команда не идёт напрямую. Такая цепь позволяет доставить сигнал от мозга к исполнительным органам.

Когда импульс достигает мышцы, она сокращается и тянет за собой связанные с ней кости. Суставы позволяют частям конечности менять положение, а несколько мышц могут действовать согласованно: одни сокращаются, другие расслабляются. Именно совместная работа мышц и суставов создаёт движение, соответствующее команде. Если бы сокращалась только одна мышца без участия остальных, действие было бы менее управляемым.

Мозжечок помогает согласовывать движения, чтобы они были точными и плавными. Одновременно органы чувств сообщают мозгу о положении частей тела и о том, что получилось после команды. Мозг сравнивает эти сведения с задуманным результатом и при необходимости меняет управление мышцами. Например, если рука движется не к цели, коррекция помогает изменить её направление ещё во время действия.

Участие нервной системы в выполнении произвольного движения

Таблица показывает путь от подготовки действия до проверки его результата. Читая её сверху вниз, проследи, как меняются задачи нервной системы и какие структуры участвуют на каждом этапе. Этапы связаны между собой: результат движения поступает обратно в мозг и помогает управлять дальнейшими действиями.

Разбор задач

Ученик намеренно поднимает руку. Назовите, какие структуры нервной системы участвуют в передаче команды к мышцам.

Нужно проследить именно путь сигнала, а не перечислять все части тела, которые движутся. В условии сказано, что ученик поднимает руку намеренно, значит, действие относится к произвольным движениям. Начинать ответ следует с участка мозга, где формируется двигательная команда, а заканчивать мышцами, которые её выполняют.

1. Намерение поднять руку связано с подготовкой движения в головном мозге. Это объясняет, почему движение начинается не в мышце.
2. Команда формируется в двигательной зоне коры больших полушарий. Оттуда импульсы идут по проводящим путям к двигательным нейронам спинного мозга.
3. Двигательные нейроны передают сигнал по двигательным нервам к мышцам руки. Получив импульс, мышцы сокращаются и поднимают руку.

Ответ: в передаче команды участвуют двигательная зона коры больших полушарий, проводящие пути, двигательные нейроны спинного мозга и двигательные нервы, ведущие к мышцам. Мышцы выполняют команду сокращением. В цепи управления важны все звенья, потому что сигнал должен пройти от мозга до мышцы.

Человек учится ловить мяч: сначала движения неточны, а затем становятся согласованными. Объясните, как нервная система помогает улучшить движение.

В задаче нужно объяснить, почему качество движения меняется с опытом. Ловля мяча требует согласовать движения рук и оценить, где находится мяч. Для этого мозг получает сведения об изменениях вокруг и о положении собственного тела.

1. Органы чувств сообщают мозгу, где находится мяч и как он движется, а также в каком положении находятся руки. Эти данные дают возможность сопоставить реальную ситуацию с нужным действием.
2. Мозжечок помогает согласовывать движения, чтобы руки действовали вовремя и вместе. Благодаря его участию движения могут становиться более точными и плавными.
3. Если руки движутся не туда или не успевают, обратная связь помогает мозгу заметить расхождение с целью. Команды корректируются, а повторение действия позволяет постепенно ловить мяч увереннее.

Ответ: движение улучшается благодаря работе мозжечка и обратной связи от органов чувств. Мозжечок помогает согласовать действия, а сведения о ходе движения позволяют мозгу исправлять ошибки. Поэтому со временем движения становятся более точными и слаженными.

После повреждения определённого участка коры человек не может произвольно двигать одной рукой, хотя мышцы этой руки не повреждены. Объясните возможную причину.

Условие подчёркивает, что мышцы руки здоровы, но человек не может управлять ими по собственному намерению. Значит, нужно искать возможное нарушение не в исполнительном органе, а в системе управления движением. Для ответа проследим, где начинается команда и как она достигает мышц.

1. Произвольная команда формируется в двигательной зоне коры больших полушарий. Если повреждён её участок, связанный с движениями этой руки, мозгу трудно сформировать или передать нужную команду.
2. Даже здоровая мышца не сокращается по произвольному намерению, если не получает соответствующего нервного импульса. Поэтому сохранность мышц сама по себе не гарантирует возможность управлять движением.
3. Также возможно повреждение нервного пути, по которому команда должна дойти от коры к двигательным нейронам и мышцам. В обоих случаях нарушается управление, а не обязательно сама мышца.

Ответ: возможная причина — повреждение двигательной зоны коры, связанной с рукой, или проводящего нервного пути. Из-за этого команда не формируется как нужно либо не доходит до мышц. Мышцы могут оставаться неповреждёнными, но не выполнять произвольное движение без нервного сигнала.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что произвольное движение начинается в мышце. Мышца выполняет команду сокращением, а команда формируется в нервной системе. Так ошибаются, потому что именно движение мышцы заметно снаружи. Проверь себя: если движение осознанное, спроси, откуда мышца получает сигнал.

Ошибка: смешивать произвольное движение с рефлексом. Произвольное действие начинается с намерения, а рефлекс возникает автоматически в ответ на раздражитель. Их путают, потому что оба вида действий связаны с нервной системой и могут проявляться одновременно. Проверь себя: было ли у человека осознанное решение выполнить действие?

Ошибка: полагать, что команда идёт от коры прямо к мышце. Между ними находятся проводящие пути и двигательные нейроны, которые передают сигнал дальше. Такое упрощение возникает, если представить движение как одну прямую команду. Проверь себя: назови промежуточные звенья между двигательной зоной коры и мышцей.

Ошибка: считать, что мозжечок создаёт намерение двигаться. Намерение связано с работой головного мозга, а мозжечок помогает согласовывать и корректировать движения. Их путают, потому что мозжечок тоже участвует в управлении движением. Проверь себя: раздели вопрос «зачем двигаться?» и вопрос «как сделать движение точным?».

Связь с другими темами

Чтобы проследить передачу команды, нужно знать строение нейрона, передачу нервного импульса и роль двигательных нервов. Сравнение произвольного действия с рефлексом помогает понять, чем осознанное управление отличается от автоматической реакции, и связывает тему с работой спинного мозга. Роль коры и мозжечка пригодится при изучении высшей нервной деятельности и нарушений работы нервной системы. Эти знания помогают объяснить, почему повреждение мышцы и повреждение нервного управления приводят к разным трудностям движения.

Что запомнить

• Произвольное движение выполняется по осознанному намерению.
• Двигательная команда формируется в коре больших полушарий.
• Нервные импульсы передаются от мозга к мышцам по проводящим путям.
• Двигательные нейроны передают команду мышцам.
• Мышцы выполняют нервную команду сокращением.
• Мозжечок участвует в согласовании движений.
• Обратная связь помогает контролировать и корректировать движение.