(CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM BIOMECÂNICA) CONTROLE MOTOR

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1 Escola de Educação Física e Desporto (CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM BIOMECÂNICA) CONTROLE MOTOR Prof. PAULO JOSÉ GUIMARÃES DA SILVA Lab. Proc. Sinais Engenharia Neural

2 EMENTA DA DISCIPLINA CONTROLE MOTOR Introdução ao controle motor Teorias do controle motor Fisiologia do controle motor Planejamento de movimentos Modelo interno Relação entre os aspectos mecânicos e neurais dos movimentos

3 PLANEJAMENTO DOS MOVIMENTOS Introdução (1/2) Pelé de bicleta: Axon to tracts: ted Irina Akimova: Asafa Powell: Inacreditável Jogadores de Basquete:

4 MODELOS INTERNOS DE CONTROLE (1/7) Controle Antecipatório da Ação Voluntária Ajustes Posturais Antecipatórios (APAs) Representam as modificações na ativação elétrica dos músculos que sustentam a posição do corpo antes de uma ação perturbatória Ação do SNC para produzir força muscular e momentos de força contrariamente a da perturbação esperada Registro e Ativação do SNC Transmissão de Sinais p/ SNP Geração de Força de Reação ATRASO ( τ) Contração do Músculo Deslocamento do Segmento Geração de Força e Momentos Regulação/Modulação das Forças

5 MODELOS INTERNOS DE CONTROLE (1/7) Controle Antecipatório da Ação Voluntária Ajustes Posturais Antecipatórios (APAs) Representam as modificações na ativação elétrica dos músculos que sustentam a posição do corpo antes de uma ação perturbatória Ação do SNC para produzir força muscular e momentos de força contrariamente a da perturbação esperada Como certificar que a ativação elétrica muscular produz força suficiente e no tempo adequado? O Controlador tem que predizer: que sinais eferentes serão necessários para garantir o próximo movimento o que vai acontecer com os efetores quando os sinais eferentes chegarem MODELOS INTERNOS CONTROLE DE ATIVAÇÃO MUSCULAR

6 LIMIAR DE CONTROLE (Equilibrium-point Hypothesis) Modelo Interno (2/7) As propriedades do limiar dos neurônios são usados para modificar faixas de entrada de sinal, para a qual o neurônio responde com potenciais de ação só pode ser utilizado na presença de sinais de retroalimentação Posição atual (AC) Nova Posição (RC)

7 O Problema da Redundância SINERGIAS MOTORAS Modelo Interno (3/7) Como o SNC seleciona uma solução particular entre as inúmeras alternativas aparentemente equivalentes para uma dada ação? PRINCÍPIO DA OTIMIZAÇÃO Aprendizado Motor GRAUS DE LIBERDADE Forças Externas Imprevisíveis Tarefas Simultâneas REDUNDÂNCIA SINERGIA

8 UNCONTROLLED MANIFOLD (UCM) Modelo Interno (4/7) UCM

9 HIERARQUIA DAS SINERGIAS MOTORAS Modelo Interno (5/7)

10 SINERGIAS MOTORAS: APRENDIZADO Modelo Interno (6/7)

11 SINERGIAS MOTORAS: AJUSTES ANTECIPATÓRIOS Modelo Interno (7/7)

12 ASPECTOS MECÂNICOS E NEURAIS DO MOVIMENTO (1/10) Consequências biomecânicas da ativação do sistema musculo-esquelético pelo SNC Estratégia dependente da velocidade de movimento Impulso Neural EMG Dinâmica Muscular FORÇA Geometria Articular TORQUE Dinâmica Multiarticular ÂNGULO VELOCIDADE ACELERAÇÃO

13 ASPECTOS MECÂNICOS E NEURAIS DO MOVIMENTO (2/10) Impulso Neural Dinâmica Muscular EMG MODELO INTERNO DE CONTROLE FORÇA Geometria Articular TORQUE Dinâmica Multiarticular ÂNGULO VELOCIDADE ACELERAÇÃO

14 Aspectos neuromecânicos CONTROLE DA POSIÇÃO ORTOSTÁTICA (3/10) Impulso Neural EMG Dinâmica Muscular FORÇA Geometria Articular TORQUE Dinâmica Multiarticular ÂNGULO VELOCIDADE ACELERAÇÃO

15 PERTURBAÇÃO SENSORIAL (INSTABILIDADE) (4/10) Aspectos neuromecânicos

16 LIMITES DA ESTABILIDADE (EMG E EEG) (5/10) Aspectos neuromecânicos Slobounov et al, 2005

17 LIMITES DA ESTABILIDADE (EMG E EEG) (6/10) Aspectos neuromecânicos 25 eletrodos (sistema 10-20) Uma intensa atividade gama ( burst gamma activity ) ocorre 200 ms precedente ao início do movimento postural compensatório para trás, quando se está na eminência de queda As reações posturais para prevenir a queda podem ser disparados pelo mecanismo de comando central identificado pela intensa atividade gama no EEG.

18 ATIVIDADE CORTICAL E ESTABILIDADE POSTURAL (7/10) Condições Posturais Sentado: Olhos Abertos (S OA ) Sentado: Olhos Fechados (S OF ) Em Pé: Olhos Abertos (OA) Em Pé: Olhos Fechados (OF) Aspectos neuromecânicos BNT 36 (EMSA, Brasil) OA Sistema Internacional Tempo (segundos) 3 células de Carga: MS100 (Excel Sensores, Brasil) PAREDE BRANCA 1 metro afastado VELOCIDADE INSTANTÂNEA A/P (mm/s) ESTABILOGRAMA: OLHOS FECHADOS E ABERTOS TEMPO (segundos)

19 Aspectos neuromecânicos ATIVIDADE CORTICAL E ESTABILIDADE POSTURAL (8/10) O1 P3 P4 O OASoa OF Sof Hz Hz Hz Hz OASoa OF Sof OASoa OF Sof OA Soa OF Sof

20 Aspectos neuromecânicos ATIVIDADE CORTICAL E ESTABILIDADE POSTURAL (9/10) Índice de Condição Visual (I A e I V ) e de Contribuição de Potência (I BPA ) OA OF I( ) = 100 OF Condição Visual Eixo (mm) maior menor Ângulo (graus) Área (mm 2 ) I A Vm OA 6,3 5, ,6 4,2-25 OF 8,7 5, ,3 7,8 I V -45, I BPA O1-73,7 P3-65,6 P4-59,5-70,7

21 ATIVIDADE CORTICAL E ESTABILIDADE POSTURAL Aspectos (10/10) neuromecânicos Correlação de Spearman (α < 0,05) Derivações EEG I BPA x I A I BPA x I V O1 ρ = 0,35 (p = 0,058) ρ = 0,05 (p = 0,779) P3 ρ = 0,33 (p = 0,067) ρ = 0,03 (p = 0,865) O2 ρ = 0,41 (p = 0,021)* ρ = 0,01 (p = 0,991) P4 ρ = 0,39 (p = 0,031)* ρ = 0,06 (p = 0,765) O símbolo * indica correlação significativa (p < 0,05) SNC controla a posição no espaço COMPLEMENTANDO Atuação do Córtex Parietal Posterior no controle postural SNP (Proprioceptores) controlam a velocidade do CP

22 CONTROLE MOTOR DA TAREFA Analisar as condições inicias (corporais e do ambiente) Definir trajetória do movimento Definir as rotações articulares que produzem esta trajetória Definir os torques articulares que produzem as rotações Definir as forças musculares que produzem os torques Definir o padrão de ativação muscular Definir as entradas excitatórias (pré- e pós-sináptica) para os motoneurônios Predizer as contribuições dos reflexos dessas entradas Definir a contribuição central para... ESPECIFICAR O SINAL NEURAL DE COMANDO QUE CORRESPONDE AO OBJETIVO DA TAREFA

23 Lab. Proc. Sinais Engenharia Neural MUITO OBRIGADO!! Agradecimento às agências de fomento CNPq e FAPERJ pelo apoio financeiro e bolsas de Pósdoutorado e produtividade em pesquisa

24 REFERÊNCIAS SHUMWAY-COOK, A. and WOOLLACOTT, M. Controle motor: teorias e aplicações práticas. Manole, São Paulo, BEAR, M., F., CONNORS, B. W., PARADISO, M. A. Neurociências desvendando o sistema nervoso 3ª ed, Artmed Editora, Porto Alegre, KANDAL, E.R., SCHWARTZ, J. H. and JESSEL, T. M. Principles of Neurological Science 4 a ed, McGraw-Hill, New York, DANION, F. and LATASH, M. L. Motor control: theories, experiments and applications Oxford University Press, New York, 2011 ENOKA, R.M. Bases neuromecânicas da cinesiologia 2a ed, Manole, São Paulo,

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