Формирование двигательных действий волейболистов с точки зрения теории управления движениями

ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ФИЗИЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ, СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ, ОЗДОРОВИТЕЛЬНОЙ И АДАПТИВНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ

УДК 796.325.012

Т. П. Елисеева, О. Н. Федорова

Формирование двигательных действий волейболистов с точки зрения теории управления движениями

В статье представлен материал об истории развития теории управления движениями, о возникновении и развитии понятия механизма управления движениями, рассмотрены уровни в структуре управления движениями. Изложены особенности двигательных действий волейболистов, когда в ходе игры спортсмену приходится решать сложные задачи, учитывая воздействия внешних факторов и состояние самого спортсмена. Совершенствование спортивного мастерства волейболиста находится в тесной связи с проблемой управления его игровыми действиями, поэтому решение данной проблемы невозможно без знаний общих основ об управлении движениями. В статье представлено психофизиологическое обоснование формирования двигательных программ и механизмов управления двигательными действиями на различных уровнях центральной нервной системы у волейболистов. При этом показана важность не только программирования движения вообще, но и соответствие параметров спортсмена потребностям специфики игровой деятельности.

The article presents the theoretical material about the history of the development of the control of movements theory, the origin and development of the mechanism of movements control concept and the levels of the structure of the movements control. Given the peculiarities of the motional actions of the volleyball players when in the game the player has to solve complex problems taking into account both external factors and the condition of the player himself. Improving sports skills of a volleyball player is closely connected with the problem of management of his gaming movements, so the examination of this issue is impossible without knowledge of the general principles of movements control. The article presents a psychophysiological substantiation of formation of motor programs and control mechanisms of motor actions on different levels of the Central nervous system of volleyball players. This shows the importance of not only programming of the movement generally, but also its parameters meet the needs of the specifics of the game.

Ключевые слова: физическая культура, спорт, волейбол, общая теория управления движениями, формирование двигательной программы действия, центральная нервная система, уровни двигательных актов, система афферентного синтеза.

Key words: Physical culture, sports, volleyball, General theory of control of movements, the formation of the movement program actions, the Central nervous system, levels of movements ations, the system of afferent synthesis.

© Елисеева Т. П., Федорова О. Н., 2017

Волейбол - спортивная игра, характеризующаяся применением множества технико-тактических действий и их комбинаций в ситуации с высокой степенью неопределенности событий, что требует от игроков высокого уровня физической, технической и интеллектуальной готовности. Управление технико-тактическими комбинациями представляет собой определенную трудность, так как волейболист применяет разнообразные действия, связанные с выполнением большого арсенала игровых приемов и их комбинаций, в постоянных и быстроменяющихся условиях игры. В ходе игры спортсмену приходится решать сложные задачи, учитывая воздействия внешних факторов (положение своих партнеров на площадке, а также соперников, динамику их перемещения и полета мяча, поведение болельщиков и др.) и состояние самого спортсмена (психическое, функциональное состояние отдельных систем и т. д.). Данное обстоятельство и предопределяет поведение игрока в постоянно меняющихся игровых ситуациях, с которыми он сталкивается в процессе соревновательной деятельности. Поэтому совершенствование спортивного мастерства волейболиста находится в тесной связи с проблемой управления его игровыми действиями. Подойти к решению данной проблемы невозможно без знаний общих основ об управлении движениями [1].

Исследования такого явления, как управление движениями, относятся еще к прошлому веку, когда были сделаны важные открытия, сыгравшие определяющую роль в представлениях о механизмах управления движениями.

Теория управления движениями нашла свое отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых - И.М. Сеченова, И.П. Павлова, Н.А. Берштейна, П.К. Анохина, Л.В. Чхаидзе, В.С. Фарфеля и др.

Одной из первых научных доктрин, объясняющих управление движениями, считается теория И.М. Сеченова о рефлексах, лежащих в основе каждого двигательного акта. Позднее И.М. Сеченов предложил теорию кольцевого управления движениями, указав, что «чувствование повсюду имеет значение регулятора движения». Учение И.М. Сеченова о значении мышечной чувствительности с точки зрения физиологии и психологии, о роли двигательных ощущений в управлении движениями в пространстве и во времени, о взаимодействии двигательных ощущений со зрительными и слуховыми ощущениями послужили базой для исследовательских работ И.П. Павлова.

Теория И. П. Павлова об условных рефлексах и легла в основу дальнейшего изучения проблемы механизмов управления движениями. И уже в 1930 г. А.Ф. Самойлов формулирует понятие «замкнутого рефлекса», объясняющего механизмы координации движений. Однако более глубокое обоснование механизмов управления движениями и формирования новых движений было выполнено Н.А. Берштейном. Еще в 1946 г. в книге «Физиология человека» крупнейший и авторитетнейший отечественный ученый в области биомеханики человека, физиологии активности и теории управления движениями писал: «Координация движений есть не что иное, как преодоление избыточных степеней свободы наших органов движений, т.е. превращение их в управляемые системы» [3].

Н.А. Бернштейн [3; 4] показал, что движение программируется смыслом, который выступает как основа «образа потребного будущего». Он утверждал, что кольцевой процесс как основа управления содержит не только ответ на раздражение, но и оценку этого ответа, сигнал о котором поступает в управляющий орган по каналам обратной связи и сопоставляется с программой, заложенной в матрице управления. Сигналы обратной связи, которые информируют о степени напряжения мышц, положении частей тела относительно друг друга, скорости или ускорении движения рабочей точки и ее положении в пространстве, результативности движения -афферентные сигналы поступают в различные чувствительные центры головного мозга и переключаются соответственно на моторные пути разных уровней ЦНС. Причем, под уровнем следует понимать именно морфологический «слой» в ЦНС. На основе сличения формируется корректирующийся сигнал, и процесс продолжается до тех пор, пока в результате действия не совпадут с заданием программы. Н.А. Бернштейн не только объяснил принцип управления движениями, но и показал механизм его формирования. По его мнению, управление движениями - сложный многоуровневый процесс, где каждый из уровней имеет свою локализацию и афферентацию, выполняет конкретную функцию.

Высшие уровни выполняют роль ведущих, регулирующих двигательный акт в целом, низшие - роль фоновых, обеспечивающих решение отдельных задач построения движения, без утраты его смысла. Подчиненные уровни обеспечивают компоненты двигательных действий: синергию, реципрокность, тонус, фоновые коррекции.

Любой двигательный акт может быть построен только благодаря строгой иерархии уровней мозга (всего, по Н.А. Бернштейну, насчитывается пять уровней - «А», «В», «С», «Д», «Е»).

Уровень первый «А» - самый низкий и филогенетически самый древний: «Вы в тонусе». Именно уровень «А» обеспечивает необходимое подсознательное состояние мышц, который и называется мышечным тонусом, формирует текущую готовность к действию. Уровень «А» совместно с другими уровнями участвует в организации любого движения, а также руководит построением в некоторых произвольных действиях. Во-первых, это вибрационные ритмические действия, непроизвольная дрожь, стук зубами от холода, удержание положения в безопорной фазе прыжка и др. Еще одна группа действий - принятие и удержание определенной позы.

Уровень второй «В» - уровень синергий: «Движения - штампы». Это уровень связанных движений и стандартных штампов, здесь осуществляется руководство «локомоторной» машиной, оснащенной четырьмя конечностями - движителями. Деятельность данного уровня зависит от работы рецепторов, которые информируют мозг о величине суставных углов, скорости перемещения в суставах, силе и направлению давления на мышцы и глубокие ткани конечностей и туловища. Рецепторы также суммируют данные, создавая в мозгу общую картину всего тела.

Этот уровень принимает активное участие в организации движений более высоких уровней, где решает задачу внутренней координации сложных двигательных ансамблей. К собственным движениям уровня «В» относятся такие, которые не требуют учета внешнего пространства: вольная

гимнастика, потягивания, мимика, а также внутренняя координационная подготовка ходьбы и бега.

Уровень третий «С» - уровень пространственного поля: «Человек и пространство». По мнению Н.А. Бернштейна, этот уровень один из самых ответственных в построении движений - это связующее звено между действиями, движениями «внутри нас» и тем пространством, в которых мы живем и действуем. Важнейшими свойствами пространственного поля являются его метричность и геометричность. На данном уровне происходит модификация уже знакомых движений, или поиск новых путей и возможностей в осуществлении незнакомых движений, адаптируя их к пространственным характеристикам окружающих объектов (форме, объему, положению, длине, весу и пр.).

Основные группы движений, руководимые уровнем «С»:

- перемещение, передвижение всего тела в пространстве - ходьба, бег, плавание, гребля, прыжки, бег на коньках, акробатические и различные упражнения на гимнастических снарядах и т. д.;

- баллистические движения - метание гранаты, броски мяча, игра в теннис и городки и др.;

- движения прицеливания - игра на бильярде, стрельба из винтовки, броски вратаря на мяч, доставание волейболистом мяча в падении (игра в защите) и др.

Четвертый уровень «Д» - уровень предметных действий. Это корковый уровень, который обеспечивает смысловое использование двигательных действий с целью изменить окружающую действительность, максимально приближая модель желаемого будущего движения, которое человек создает мысленно перед началом каждого действия.

Характерное качество всех действий этого уровня - их высокий автоматизм. Действия выполняются без активного контроля сознания, что достигается лишь многократным повторением движения.

Уровень «Д» почти монопольно принадлежит человеку. У самых высших животных имеются только его зачатки. Поистине почти нет таких осмысленных действий, которыми бы не руководил уровень «Д».

Высший пятый уровень «Е» - уровень интеллектуальных двигательных актов. На этом уровне создается мотив для двигательного акта и осуществляется его основная коррекция. Результат движения приводится в соответствие с намерением, с той самой моделью «желаемого будущего», которую человек создал мысленно перед началом действия.

Данный уровень проявляет себя при всех разновидностях речи и письменности. Сигнализация флажками на флоте и передача с помощью азбуки Морзе и даже жесты глухонемых - это все руководство уровня «Е». Движения этого уровня определяются не предметным, а отвлеченным, вербальным смыслом.

Низшие уровни не могут самостоятельно регулировать смысловую направленность движения. Поэтому вновь формируемое движение, его смысловая направленность обеспечиваются высшими уровнями управления. По мере их становления формируются межуровневые субординации, и низшие уровни принимают на себя свои функции. Движение становится четким, быстрым, свободным.

Развивая учение И.П. Павлова, большой вклад в изучение механизмов управления движениями внес П.К. Анохин. В «теории функциональных систем» он вводит понятия «акцептор действия», «обратная афферента-ция» и др., научно обосновывает способность человека предвидеть результат действия и корректировать последний по ходу исполнения [2].

Согласно теории П.К. Анохина, успешное выполнение движения достигается лишь в том случае, если в интегральном образе будет объединено достаточно четкое и хорошо дифференцированное представление о его значении, цели и нормальной структуре. При этом необходимым фактором для начала любого двигательного действия, указывает он, должен быть стимул. Но спортсмен реагирует не на стимул как таковой, а на обстановку в целом, т.е. проводит афферентный синтез.

Данная система афферентного синтеза включает:

- пусковую афферентацию (актуальный для субъекта сигнал), которая поступает на первичный блок афферентного синтеза, где в зависимости от мотивационных механизмов и памяти (в данном случае информированности субъекта) принимается первичное решение, определяется цель и на акцепторе действия формируется опережающий (ожидаемый) образ будущего результата, создается программа и план его достижения;

- обстановочную афферентацию, представленную совокупностью раздражений, вызванных непосредственной обстановкой;

- обратную афферентацию направляющую движение;

- результирующую, которая может быть представлена как поэтапная и санкционирующая.

Исключение хотя бы одной составляющей из афферентных систем немедленно разрушает рефлекс. По П. К. Анохину, весь смысл кольцевого управления заключается в том, что должен существовать аппарат, который базируется на проприоцептивной информации, сличает программу рефлекса с ходом его фактического выполнения и в случае надобности вносит в деятельность мышечной периферии необходимые коррекции. При этом доминирующая мотивация определяет структуру поведенческого акта. Включающие дополнительные программы обеспечивают условия для выполнения основной.

Управление произвольными движениями рассматриваются Л.В. Чхаидзе как сложный кольцевой процесс. Такой подход базируется на понимании основных положений кибернетики, которая в любой упражняемой системе считает обязательным наличие кольца управления, т. е. путей, позволяющих не только передать «команды» сверху вниз, но и получать информацию о положении на периферии («прямая» и «обратная» связь) [6].

Информация в системе движений - это сообщения о состоянии и изменении внешнего окружения и организма, а также команды подсистемам исполнения и обеспечения. Информация - душа управления - осуществляется посредством сигналов по каналам связи и используется для управления. Исследования показывают, что все виды информации от рецепторов двигательного аппарата в разной степени поступают в высшие

отделы ЦНС и в различной степени осознаются, происходит чрезвычайно важная часть управления - принятие решения: подать - команду к принятию готовности (подготовительная команда) или движение (пусковая, управляющая, корректирующая, завершающая команды).

Осознанное управление движениями возможно лишь в отношениях таких видов информации, которые достигают сознания.

Таким образом, управление движениями осуществляется благодаря передаче и переработке информации - устанавливается двигательная задача, выбираются необходимые выработанные ранее программы, а также при необходимости создаются новые, передаются новые команды мышцам, ведется контроль над ходом действия.

С точки зрения Л.В. Чхаидзе, процесс управления движениями состоит из двух колец: а) внешнего, осуществляющего контроль за смысловой стороной движения и строящегося преимущественно на внешней афферентации (зрительные, слуховые, обонятельные, тактильные рецепторы), и б) внутреннего, осуществляющего контроль за мышечными (синергетическими) автоматизмами, непосредственно не связанными с сознанием, и строящимися на внутренней афферентации (мышечные, суставные, сухожильные рецепторы). Разделение колец управления на внешнее и внутреннее связано с вопросом программирования движений [6].

Основная функция внутреннего кольца - обеспечение биомеханической целесообразности движения (вырабатывается длительной тренировкой). Однако самостоятельно решать смысловую задачу оно не может. Внешнее кольцо обеспечивает высоко координированное решение смысловой задачи, когда внутреннее будет полностью к этому готово. «Двух-кольцевая схема» управления движениями представляет собой схему передачи информации в человеческом организме при выполнении произвольных движений. В каждом кольце управления присутствуют «сличающие» механизмы, и их деятельность определяет качество движения.

Система управления движениями под влиянием различных управляющих воздействий претерпевает изменения, переходит из одного состояния в другое, что приводит либо к деградации (разрушение системы, ее переход в менее упорядоченное состояние, возрастание энтропии), либо к совершенствованию и развитию (усложнение системы, переход ее в более упорядоченное состояние).

Движение системы, изменение ее состояния могут происходить не только в результате процессов, происходящих внутри системы, но и под влиянием внешних воздействий. Такими внешними воздействиями в спорте является направленность учебно-тренировочного процесса. Простые системы характеризуются малым числом внутренних связей, сложные - имеют разветвленную структуру и разнообразные внутренние связи. Если в систему управления будет поступать недостаточное количество информации, то качественное управление системой осуществить не удастся. При чрезмерной информации система может «захлебнуться» и будет не в состоянии переработать всю информацию.

Основным методом управления в биологических системах является автоматический поиск, который позволяет значительно проще и экономнее организовать связь между отдельными элементами нервно-мышечной системы, исключив большое количество обособленных каналов связи. Информация об отклонениях от номинала управляемых величин при методе автоматического поиска может передаваться по общим каналам даже в тех случаях, когда осуществляется одновременное управление многими величинами, различными по своей физической природе. Важной особенностью систем автоматического поиска является возможность использования специализированных рецепторов. Системы автоматического поиска могут с высокой точностью приближать состояние объекта к заданному, даже в том случае, когда используются рецепторы, одновременно реагирующие на изменения реальных контролируемых параметров.

Автоматическое управление биологической системой привлекает своей надежностью, которое базируется: на избыточности элементов управления протекающего процесса; дублирования или взаимозаменяемости элементов регулирования процесса; совершенного и быстрого возврата к состоянию относительного постоянства; динамичности взаимодействия звеньев самой системы. Эти стороны системы генетически обусловлены, формируются в процессе эмбриогенеза, совершенствуются в процессе роста и развития. Автоматическое управление привлекает также возможностью быстрого и точного управления большим количеством взаимосвязанных величин при сильных внешних возмущениях и быстрых изменениях характеристик самого объекта управления [1; 5].

Биологическая система стремится к максимально возможной простоте функционирования, используя для этого минимально необходимое количество элементов, тем самым повышая надежность всей системы.

В игровой деятельности каждая ситуация, стандартная или творческая, на первый взгляд, каждый раз новая, требует для решения возникающих задач строго определенной программы двигательных действий, т. е. определенных приемов техники и их сочетаний. Однако, несмотря на частично вероятностный характер, игровые ситуации в основе своей имеют определенную повторяемость, которая зависит от двигательного опыта игрока, а именно: изучение тактических взаимодействий, степени владения комплексом приемов техники игры, взаимодействие партнеров, сложности возникающих ситуаций, действия противника, возможности переключения от одних игровых действий на другие и т. д. Наблюдается определенная закономерность в частоте применения приемов техники и их сочетаний, соответствующих игровой ситуации. Несмотря на владение простыми формами двигательных действий, игроку приходится реагировать на складывающую ситуацию сложными двигательными действиями. При этом простые и сложные двигательные структуры создает сама ситуация.

Волейболист еще до возникновения игровых ситуаций ищет программу действий, поэтому игрок, у которого больше имеющихся программ, находит наиболее оптимальное решение, так как по необходимости может переключаться от одной программы на другую. Можно полагать, что во-

лейболисты, которые усиленно занимаются развитием координации движений, будут иметь больше двигательных программ и даже при большом количестве игровых ситуаций, несмотря на их повышенную степень неопределенности, смогут найти наиболее эффективное решение двигательной задачи.

Для достижения цели ЦНС стремится к максимальному упрощению двигательной программы, но из-за отсутствия некоторых элементов, без которых она не может быть составлена, для решения двигательных задач подключается целый ряд новых специализированных элементов, необходимых для установления адекватных отношений двигательной программы с внешней средой. По мере освоения движения некоторые элементы берут на себя функции своих партнеров и доводят число указанных элементов до минимума. Но с появлением новой, более сложной задачи количество элементов может вновь увеличиваться. Таким образом, успешность выполнения игровых действий зависит от ряда факторов: накопления координированных элементов, способных решать двигательную задачу; способности управлять данными элементами, переключать их, т. е. переходить с одного элемента на другой и т. д. Поэтому в процессе выполнения одни технические приемы могут выполняться волейболистом легко, непринужденно, координированно, другие - с трудом и меньшей эффективностью.

Следовательно, чем больше элементов в программе и чем больше двигательных программ, тем больше возможностей имеет волейболист для успешного решения игровых задач, создания новых программ, включая в них новые элементы. В отличие от ситуаций, в которых используются готовые программы, где осуществляется автоматическое управление, не дающее отклониться движению от номинала (в противном случае включаются сознавательные коррекции), в условиях неопределенности системой проводится поиск множества программ и выбор из них наиболее адекватных решению задачи.

Все технические приемы в волейболе имеют сложную координационную структуру. Но в изолированной форме они применяются очень редко, гораздо чаще они применяются в различных сочетаниях, имеющих циклический и ациклический характер. Наиболее сложная координационная взаимосвязь устанавливается в действиях с ациклической структурой и особенно в тех, где имеются переходы от циклической структуры движения к ациклической или в сложных комбинациях. Сложность таких действий определяется количеством переключений координаций со сменой ее ведущих элементов. Ведущим элементом координации, как правило, будет тот, который может выполнить функцию организации и управления оптимальным воздействием сил в соответствии со спецификой двигательной задачи. Ведущим звеном в двигательном акте считается та его часть, которая придает движению специфический характер и определяет его техническую структуру.

В зависимости от ситуации, складывающейся на площадке, перед волейболистом возникают разнообразные двигательные задачи, в основе которых лежит особый тип мыслительной деятельности. Первый тип -задачи, у которых ответ однозначно базируется на исходных данных. Это

больше всего относится к тому незначительному количеству стандартных положений, которые имеют место в процессе игры и опираются на двигательный опыт (например, выбор места при выполнении подачи, передачи). Второй тип - задачи, ответ которых неоднозначно связан с исходными данными, так как не все факторы могут быть учтены. Здесь наряду со стандартными положениями наблюдаются ситуации, которые носят вероятностный характер. Важное значение в данном случае имеет способность распознавать ситуации, правильно и своевременно на все реагировать (например, прием мяча при страховке своих нападающих, блокирующих). Третий тип - задачи, у которых результат неоднозначно следует из исходных данных и факторы, не находящиеся под контролем, выступают в качестве активных помех. Это приводит к рассогласованию между замыслом спортсмена и информацией о результатах выполненного действия. В этом случае принятие решения связано с вероятностным прогнозированием (например, выполнение нападающего удара против блока с различных по высоте и скорости передач). Сложным моментом здесь является тот факт, что суть задачи состоит в том, чтобы из всего арсенала двигательных действий, известных и выученных, выбрать именно те, которые могут дать наибольший эффект. Именно эффект, его соответствие исходному замыслу, управляет всеми многочисленными узлами и коммуникациями системы, как бы много их ни было. При решении различных задач в коре головного мозга возникает своеобразная информационная модель проблемной ситуации, которая состоит из элементов задачи, промежуточных результатов, их связи и последовательности, которую П.К. Анохин называл акцептором действия [2].

Исследования Н.А. Бернштейна в области двигательных программ указывают на возможность управления движениями при наличии в ЦНС соответствующих программ и последующих их извлечений.

Таким образом, в учебно-тренировочном процессе как юных, так и взрослых спортсменов следует уделять внимание совершенствованию технических элементов и тактических действий в разнообразных условиях и из различных исходных положений, создавать различные программы движения, которые по своим параметрам соответствовали бы потребностям специфики их игровой деятельности.

Список литературы

1. Агеенко Н.Н., Кротов В.Я., Цыганов В.Ф., Альхименко В.Ф. К вопросу об управлении произвольными движениями спортсмена: метод. рек. - Мн.: БГОИФК, 1991. - 38 с.

2. Анохин П. К. Теория функциональной системы // Успехи физиол. наук. - 1970. -Т. 1. - № 1. - С. 19-54.

3. Бернштейн Н.А. О построении движений. - М.: Медгиз, 1947. - 255 с.

4. Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. -М.: Медицина, 1966. - 349 с.

5. Фарфель В.С. Управление движениями в спорте. - М.: Физкультура и спорт, 1975. - 208 с.

6. Чхаидзе Л.В. Координация произвольных движений и становление двигательных навыков человека в свете общих закономерностей управления и управляемых систем // Проблема кибернетики. - Тбилиси, 1962. - Вып. 8. - С. 249-256.