Казалось бы, не может играть особо существенной роли то, как именно устроен двигатель, приводящий в действие тот или иной механизм или станок. Если он дает ту мощность и ту быстроту, какая предписывается техническими условиями, то дальше для успешной работы механизма довольно безразлично, движет ли его нефтяной, паровой, бензиновый или электрический двигатель. Оказывается, это не так, и своеобразие мышечного волокна как универсального двигателя нашего тела настолько велико, что нельзя пройти мимо него, не приняв в расчет его важных последствий. Вся трудность использования поперечнополосатого мышечного волокна в качестве двигателя состоит в том, что он приводит кости в движение посредством тяги (мышечные волокна не способны толкать вследствие своей мягкости), но тяга эта не жесткая и точная, а упругая.
То, что мышечные волокна могут работать только в одну сторону, только тянуть, но не толкать, — это еще не беда. Если снова обратиться за примерами к технике, то, скажем, в автомобильных двигателях каждый из цилиндров тоже может работать только в одном из направлений: его шатун может толкать колено вала под действием взрывных газов и не может тянуть его. В машинах этот недочет покрывается тем, что в ряд ставится по меньшей мере два цилиндра: когда один толкает, в другом шатун возвращается обратно на холостом ходу. Так же организовано и обслуживание суставов нашего тела: каждое из направлений их подвижности (то, что мы уже усвоили называть «степенями свободы») обеспечено парой мышц взаимно‑противоположного действия, так называемыми мышцами‑антагонистами. Таковы, например, сгибатель и разгибатель локтевого сустава или сгибатели и разгибатели пальцев руки. Когда одна из этих мышц тянет кость в свою сторону, вторая пассивно растягивается, чтобы затем, в свою очередь, начать двигать сустав в обратном направлении. Осложнение состоит совсем в другом: в упругой податливости мышечной тяги.
Представим себе, например, что у автомобильного двигателя шатуны его цилиндров заменены упруго сжимаемыми телами, например спиральными пружинами. Тогда движения коленчатого вала, вместо того чтобы строго и точно следовать за движениями цилиндровых поршней, окажутся зависящими от множества разнообразных причин. Идет машина под гору — пружинный шатун легко и быстро проворачивает вал и почти не сжимается при этом; идет она, напротив, в гору — и поршень, нажимая сверху с прежней силой, совсем не может сдвинуть с места вал, так что вся его работа уходит на сплющивание упругого шатуна.
Вязкая грязь или асфальт, попутный или лобовой ветер и т. д. — все это будет передаваться через колеса коленчатому валу мотора, и этот последний будет выделывать с нижними концами шатунов все, что вздумается, в то время как их верхушки будут независимо ни от чего отбивать себе такт мотора, бегая вместе с поршнями вниз и вверх. Быть может, части наших читательниц будет ближе другой пример. Предположим, что в их швейной машине продольный вал, начинающийся от махового колеса и тянущийся в стволе машины влево до той коробки, в которой его вращение превращается в подъемы и опускания иголки, что этот ведущий вал заменен резиновой палкой. Пока сшиваемая ткань тонка и мягка, разница, быть может, и не почувствуется, но вот работница взялась сшивать два куска драпа или части плотного одеяла. Игла завязла в материи с первого же стежка и не идет ни вниз, ни вверх, в то время как рука продолжает крутить колесо, почти не ощутив этого. Но вот работающая заметила, что машина не шьет, и вынула из нее драп — и вдруг вал, закрутившийся перед этим на несколько оборотов, как заведенная пружина, начинается раскручиваться сам собою, и иголка движется вниз и вверх на пустом ходу, хотя рука и не вертит рукояти. Оставим хозяйку, проколовшую себе от неожиданности палец, смазывать его йодом и проклинать неразумное устройство своей машины, и рассмотрим один совсем уже простой опыт. Пристегнем к поясу стержень с грузом на конце, как показано на рисунке. Подвесим его свободный конец на два резиновых жгута, каждый из которых возьмем в одну руку, и попробуем таким способом проделать концом стержня те или другие точные движения: например изобразить в воздухе квадрат или написать свои инициалы. Мы тотчас же обнаружим, как это трудно, как неточны движения конца стержня и как непокорно он себя ведет. Закроем в придачу глаза, и пусть другой человек даст отзыв о том, как мы управляемся с движениями стержня без контроля зрения. Не приходится и подчеркивать, что двигательный результат получится самым плачевным, мало чем отличающимся от телодвижений больного‑табетика, о котором была речь немного выше. Утешим себя тем, что зато научный результат нашего опыта оказался вполне удачным.
Как видно из сказанного и продемонстрированного на примерах, управление движениями посредством упругих тяг представляет очень большие трудности — именно потому, что при таком устройстве двигательный результат будет зависеть не только от того, как вели себя тяги, но и от множества побочных, неподвластных нам причин. Можно десять раз подряд совершенно одинаково дергать за эти тяги и при этом получить десять ни в чем не сходных между собой движений стержня. Управление подобной системой оказывается возможным только при посредстве непрерывного контроля какого‑либо «органа чувств», да и то сначала требует порядочной ловкости. Мы снова возвращаемся к тому же самому принципу, который в свое время позволил природе преодолевать избыток степеней свободы подвижности и даже проявить по отношению к их количеству высокую щедрость. Это — принцип контроля над движением при помощи чувствительной сигнализации: спасительный принцип, который выручает и на этот раз.
Можно, пожалуй, сказать, что рассмотренное сейчас третье осложнение, зависящее от упругой податливости тяг, по своему существу очень близко к предыдущему. Если при одинаковых потягиваниях могут в разных случаях получаться различные движения, это значит, что двигаемый стержень не обладает вынужденным движением, т. е. имеет избыточные степени свободы. Только в данном случае придется для различения обозначить эти особые степени свободы как динамические, зависящие уже не от свойств подвижности органа, а от особенностей его силового обслуживания («динамика» — учение о силах). Разумеется, если выход из положения в принципе найден, то уже не составляет большой разницы, преодолевать ли сотню кинематических степеней свободы («кинематика» — учение о подвижности) или приплюсовать к ним еще полсотни динамических степеней свободы на придачу.
Что называется координацией движений?
Теперь пора подвести основные итоги этого очерка. Мы установили, что управление двигательным аппаратом нашего тела — действительно многосложная задача, даже в наиболее упрощенном подражании едва‑едва решимая для самой мощной техники нашего времени. А поняв сущность заключающейся в ней трудности, мы можем дать и исчерпывающее определение того, что такое координация движения.
Координация и есть не что иное, как преодоление избыточных степеней свободы наших органов движения, т. е. превращение их в управляемые системы. Степени свободы, упоминаемые в этом определении, могут быть, как уже сказано, кинематические и динамические.
Нетрудно будет дать точное обозначение и тому основному принципу, который позволил природе обеспечить управляемость костно‑мышечных двигательных аппаратов и которому уже в целом ряде устройств подражает по мере сил современная техника, — принципу, опирающемуся на контролирование движений посредством органов чувств. Однако нам будет удобнее сперва обратиться еще к одному примеру из техники, который подскажет нам и наилучшее название для рассматриваемого принципа. Мы имеем в виду прицельную артиллерийскую стрельбу.
Летящий пушечный снаряд принадлежит к числу тел с большим избытком степеней свободы, напоминая этим органы нашего тела. Его движение в воздухе далеко от вынужденного. На его полет влияют и колебания плотности воздуха, и ветер, и восходящие воздушные течения, и всегда возможная нестрогость в расположении его центра тяжести и т. д. Вследствие этого никакая точность предварительного расчета, никакая проработанность прицельных таблиц, основанных на опытах, не может обеспечить меткого попадания с первого же выстрела. Поэтому приходится поступать иначе.
Где‑нибудь в отдалении от батареи и удобном для этого месте устраивается наблюдательный пункт, имеющий с батареей телефонную связь. Наблюдатель сообщает на батарею свои наблюдения над местом разрыва первого выпущенного снаряда, в какую сторону и насколько уклонился от намеченной цели. Командование батареи сейчас же переводит эти данные на язык того, насколько и в каком именно смысле требуется исправить наводку, и дает приказ произвести второй выстрел. За ним следует новое донесение наблюдателя (уже более благоприятное) и новое внесение поправок — то, что на языке артиллеристов называется корректировкой [13] стрельбы. После вторичной корректировки прицел обычно оказывается уточненным уже настолько, что можно переходить к огню на поражение.
Пользуясь удачным термином и применяя его для вполне сходного случая, мы называем в физиологии описанный выше принцип внесения непрерывных поправок в движение на основании донесений органов чувств принципом сенсорных коррекций. «Сенсорный» (с латинского) в точном переводе, значит «относящийся к чувствительности», «опирающийся на чувствительность». Роль артиллерийского наблюдателя‑корректировщика при этом исполняется в нашем организме всевозможными органами чувств.
Из принципа сенсорных коррекций следует одна интересная вещь. Привычно и общепринято думать, что выполнение произвольного движения — полностью дело двигательных систем нашего организма: мышц — как непосредственных двигателей, двигательных нервов, передающих в мышцы приказы (импульсы) к движению от спинного и головного мозга; наконец, так называемых двигательных центров мозга, откуда исходят эти приказы‑импульсы к мышцам. Оказывается, дело обстоит далеко не так, и чувствительные системы нашего тела загружаются при выполнении того или другого движения не в меньшей степени, нежели двигательные. По чувствительным нервам всевозможных специальностей: осязательным, зрительным, нервам мышечносуставной чувствительности, вестибулярным нервам уха, несущим сигналы, связанные с чувством равновесия и т. д.— текут непрерывные корректировочные потоки сигналов к мозгу, уведомляющие его, так ли течет начатое движение, как оно было спланировано, и в каком смысле требуются поправки. Каждая мышца, сокращаясь по ходу движения, раздражает этим какой‑нибудь из чувствительных аппаратов, который немедленно сигнализирует об этом мозгу. Каждый залп двигательных импульсов, прибывающих из мозга в мышцу, оказывается прямой причиной нового залпа импульсов, текущих уже в обратную сторону — от чувствительного аппарата в мозг. Там этот поток чувствительных сигналов преобразуется в соответствующие коррекции к движению, т. е., в свою очередь, является причиной возникновения новых двигательных импульсов, исправленных и дополненных, снова мчащихся из мозга в нужные мышцы. Перед нами, таким образом, замкнутый кольцевой процесс — то, что в нервной физиологии называется рефлекторным кольцом. Разрыв такого кольца в любом месте приводит к полному распаду движения, как это подтверждает богатый материал заболеваний нервной системы.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 |
Основные порталы (построено редакторами)