Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Для цитирования:

Мольков Я. И., Сущик М. М., Кузнецов А. С., Козлов А. К., Захаров Д. Г. Динамическая модель локомоторных движений человека, вызванных вибрационным воздействием на мышцы // Известия вузов. ПНД. 1999. Т. 7, вып. 2. С. 107-121. DOI: 10.18500/0869-6632-1999-7-2-107-121

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
Иконка PDF 1999no2-3p107.pdf
(загрузок: 0)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Журнал в журнале
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
517.9
DOI: 
10.18500/0869-6632-1999-7-2-107-121

Динамическая модель локомоторных движений человека, вызванных вибрационным воздействием на мышцы

Авторы: 
Мольков Ярослав Игоревич, Институт прикладной физики РАН (ИПФ РАН)
Сущик Михаил Михайлович, Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского (ННГУ)
Кузнецов Алексей Сергеевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Козлов Александр Константинович, Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет имени Н. И. Лобачевского (ННГУ)
Захаров Денис Геннадьевич, Высшая школа экономики
Аннотация: 

Предложена и рассмотрена феноменологическая модель центрального генератора, которая в рамках традиционных представлений о мотонейронной и скелетно-мышечной системе ноги человека обеспечивает качественное описание динамики непроизвольных шагательных движений, вызванных вибрацией мышц, в частности, бистабильности режимов шагания «вперед» и «назад» и хаотических переключений между ними. Модель представляет из себя два автогенератора с нелинейной связью, действие которой качественно похоже на действие комбинации возбуждающей и подавляющей химических связей, характерных для нейронных систем. Конкретный анализ выполнен на примере взаимодействия двух идентичных генераторов Ван дер Поля — Луффинга.

Ключевые слова: 
-
Благодарности: 
Авторы благодарны Гурфинкелю В.С., Левику Ю.С., Казенникову O.B., Селионову В.А. и Рубчинскому Л.Л. за полезное обсуждение. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ-97-02-17526) и Программы поддержки ведущих научных школ Российской федерации (грант № 96-15-96593).
Список источников: 
  1. Delcomyn F. Neural basis оf rhythmic behavior in animals. Science. 1980;210(4469):492-498. DOI: 10.1126/science.7423199.
  2. Grillner S. Neurobiological bases оf rhythmic motor acts in vertebrates. Science. 1985;228:143-149. DOI: 10.1126/science.3975635.
  3. Collins JJ, Stewart IN. Coupled nonlinear oscillators and the symmetries оf animal gaits. J. Nonlinear Sci. 1993;3:349-392. DOI: 10.1007/BF02429870.
  4. Абарбанель Г.Д.И., Рабинович M.H., Селверстон А., Баженов М.В., Хуэрта Р., Сущик М.М., Рубчинский Л.Л. Синхронизация в нейронных ансамблях // УФН. 1996. Т. 166. С. 363.
  5. Шик М.Л., Северин Ф.B., Орловский Н.Г. Управление ходьбой и бегом посредством электрической стимуляции среднего мозга // Биофизика. 1966. Т. 11. С.659
  6. Mulloney B. Introduction: The neural basis of intersegmental coordination during locomotion. Seminars Neurosci. 1993;5(1):1-2. DOI: 10.1016/S1044-5765(05)80019-3.
  7. Gurfinkel VS, Levik YuS, Kazennikov OV, Selionov VA. Locomotor—like movements evoked by leg muscle vibration in humans. European J. Neurosci. 1998;10(5):1608-1612. DOI: 10.1046/j.1460-9568.1998.00179.x.
  8. Гурфинкель B.C., Левик Ю.С., Казенников O.B., Селионов B.A. Существует ли генератор шагательных движений человека? // Физиология человека. 1998. Т. 24, № 3. С.42. 
  9. Козлов A.K., Сущик M.M., Мольков Я.И. Фазовая синхронизация, бистабильность и хаос в системе двух идентичных генераторов Ван дер Поля — Дуффинга//Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1999. Т. 7, № 1. С. 68.
  10. Abarbanel HDI, Brown R, Sidorowich JJ, Tsimring LSh. The analysis оf observed chaotic data in physical systems. Rev. Моdern Phys. 1993;65(4):1331-1392. DOI: 10.1103/RevModPhys.65.1331.
  11. Abarbanel HDI. Tools for analyzing observed chaotic data. In: Guran A, editor. Smart Structures, Nonlinear Dynamics, and Control. N.Y.: Prentice Hall; 1995. P. 1-86.
  12. Badii R. Progress in analysis оf experimental chaos through periodic orbits. Rev. Modern Phys. 1994;66(4):1389-1415. DOI: 10.1103/RevModPhys.66.1389.
  13. Мольков Я.И., Сущик M.M., Кузнецов A.C., Козлов А.К., Захаров Д.Г. Динамическая модель локомоторных движений человека, вызванных вибрационным воздействием на мышцы // Вестник ННГУ. 1998 (в печати).
  14. Frank Е. New life in аn old structure: Thе development of synaptic pathways in the spinal cord. Curr. Opin. Neurobiol. 1993;3(1):82-86. DOI: 10.1016/0959-4388(93)90039-2.
  15. Heagy JF, Carroll TL, Pecora LM. Synchronous chaos in coupled oscillator systems. Phys. Rev. E. 1994;50(3):1874-1885. DOI: 10.1103/PhysRevE.50.1874.
  16. Perez—Villar V, Munuzuri AP, Perez—Munuzuri V, Chua LО. Chaotic synchronization of a one—dimensional array of nonlinear active systems. Int. J. Bifurc. Chaos. 1993;3(4):1067-1074. DOI: 10.1142/S0218127493000891.
  17. Рубчинский Л.Л., Сущик M.M. Прямая и обратная взаимосвязь между неупорядоченностью пространственных и временных паттернов в цепочках хаотических автогенераторов// Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 1999. Т. 7, №1. С. 81.
  18. Ermentrout B, Корell N. Learning of phase lags in coupled neural oscillators. Neural Computation. 1994;6(2):225-241. DOI: 10.1162/neco.1994.6.2.225.
  19. Collins JJ, Stewart IN. Coupled nonlinear oscillators and the symmetries оf animal gaits. J. Nonlinear Sci. 1993;3:349-392. DOI: 10.1007/BF02429870.
  20. Haken H, Kelso JAS, Bunz H. A theoretical model оf phase transitions in human hand movements. Biol. Cybern. 1985;51:347-356. DOI:  10.1007/Bf00336922
  21. Kelso JAS, Scholz JP, Schoner G. Nonequilibrium phase transitions in coordinated biological motion: critical fluctuations. Phys. Lett. A. 1986;118(6):279-284. DOI: 10.1016/0375-9601(86)90359-2.
  22. Buchanan JJ, Kelso JAS, Fuchs A. Coordination dynamics of trajectory formation. Biol. Cybern. 1996;74:41-54. DOI: 10.1007/BF00199136.
  23. Fuchs А, Jirsa VK, Haken H, Kelso JAS. Extending the HKB model of соordinated movement to oscillators with different eigen frequencies. Biol. Cybern. 1996;74(1):21-30. DOI: 10.1007/BF00199134.
  24. Sternad D, Turvey MT, Schmidt RC. Average phase difference theory аnd 1:1 phase entrainment in interlimb coordination. Biol. Cybern. 1992;67(3):223-231. DOI: 10.1007/BF00204395.
  25. Захаров Д.Г., Мольков Я.И., Сущик M.M. Синхронизированные колебания в системе связанных генераторов Ван дер Поля — Дуффинга //Изв. вузов. Радиофизика. 1998. T. 41, № 12. С. 1531.
  26. Берже П., Помо И., Видаль K. Порядок в xaoce: о детерминистском - подходе к турбулентности. М.: Мир, 1991.
  27. Schoner G, Kelso JAS. Dynamic pattern generation in behavioral and neural systems. Science. 1988;239(4847):1513–1520. DOI: 10.1126/science.3281253.
  28. Taga G, Yamaguchi Y, Shimizu H. Self—organized control of bipedal locomotion by neural oscillators in unpredictable environment. Biol. Cybern. 1991;65:147-159. DOI: 10.1007/BF00198086.
  29. Taga С. A model of the neuro—musculo—skeletal system for human locomotion. I. Emergence of basic gait. Biol. Cybern. 1995;73(2):97-111. DOI: 10.1007/BF00204048.
  30. Taga С. A model оf the neuro—musculo—skeletal system for human locomotion. II. Real-time adaptability under various constraints. Biol. Cybern. 1995;73(2):113-121. DOI: 10.1007/BF00204049.
Поступила в редакцию: 
24.02.1999
Принята к публикации: 
06.05.1999
Опубликована: 
03.07.1999
  • 268 просмотров