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: 19)
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, ФИЦ Институт прикладной физики им. А. В. Гапонова-Грехова РАН
Сущик Михаил Михайлович, Институт прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН
Кузнецов Алексей Сергеевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского (СГУ)
Козлов Александр Константинович, Институт прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН
Захаров Денис Геннадьевич, Национальный исследовательский университет «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
  • 1205 просмотров