手指运动生理特征及其研究意义

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摘要

  手是人体的重要组成部分,人类在日常生活中最需要手的帮助,如做饭、写字、打扫等事情,都离不开手的帮助。在人体的所有器官中,手是最灵活和复杂的器官,手又是由手指和手掌组成,其中手指运动发挥着重要的作用。神经系统控制手指的灵活应用,人的手指拥有20多个自由度可以灵活地组合起来,从而可以实现人类在日常生活中所需要的各种动作。从大脑皮层所显示的信息来观察,手指运动的投射面积占大脑表层运动区的绝大部分,所占面积几乎接近1/4 } 1/3之间。

  因此,实现手指运动的功能不仅与手指特殊的生理特征有关,还与大脑里的运动神经系统有密切关系。然而,大脑运动神经系统如何控制其他器官像手指这样运动灵活是一个漫长又艰难的研究过程。这一重要研究课题吸引着各方各面的专家进行研究,尤其是解剖学、神经生理学和运动应用控制等学科的研究学者。就目前的研究而言,研究手指运动生理特征的主要方式是从人体本身的运动功能和行为科学的方向出发。通过做大量的手指运动实验同时记录这些手指运动的数据信息,分析手指运动的生理规律和神经控制因素,最终得出手指运动中所包含的运动学、生物力学、神经控制学等重要信息。本文将具体分析手指运动的生理特征表现和研究手指运动生理特征所存在的重要应用价值和意义。

  1探析手指运动的基本生理特征表现

  1 .1独特的手指生理结构构成

  手指的运动特点是由其自身的运动原因造成的。人的手指共有5个手指头,由大拇指、食指、中指、无名指和小拇指组成。大拇指的位置是在手腕处的大多角骨上,包含着1块掌骨和2块指骨。其他4个手指头在指跟骨、指间骨和指端骨上并且都包含着1块掌骨。手指的运动是有手心的内部肌肉所控制的。这些内部肌肉把肌健跟手骨或者腕骨连在一起,大脑的运动神经系统发出活动信号,手心的内部肌肉接收到大脑传来的运动信号后进行收缩,在收缩的过程中产生有距离的拉扯力,从而使接收到运动信号的这块肌健带动着各个手指头的骨骼进行运动,肌肉通过拉紧的力量来控制所需要运动的关节的旋转。因此,每条肌肉中都拥有一条或者很多条跟自己本身力矩不同方向的肌肉进行相互作用来进行手指运动。人体唯一可以控制的力就是手的肌肉收缩力,也是手指运动的主要原因。肌肉的收缩可以表现为等张或者等长收缩,在研究手指力量输出的实验中经常研究的等长收缩,它是在肌肉的收缩力和阻力相同的情况下,运动的这块肌肉长度保持不变,不引起手指关节的运动,所以等长收缩又称为静力收缩。

  1 .2手指运动最基本的生理特征

  身体关节的运动形式基本上可以分为这几种形式,即伸、屈、内收、外展、环转等形式。伸是2块骨头组成关节时相互接近靠拢,2块骨头之间形成的夹角越来越大的运动过程;屈是跟伸的运动方式相反,是在2块骨头靠拢的过程中,所形成的夹角越来越小的运动过程;内收是将通过中指和中轴之间的假想线为中心,运动的肢体向中指中轴飞放心靠拢的运动过程;外展是和内收呈相反的运动状态,是运动肢体偏离种植中轴的运动过程;环转是需要运动的肢体在最近的原位上进行转动,在较远处的地方进行圆周运动,在运动的过程中形成一个圆锥形的运动轨迹,也就是一个尖在近处,底部在远处的形状。而屈、展、伸和收这几个动作连续运动也就形成了环转运动。

  2解析手指运动的生理特征和检测的控制理论

  2.1运动协同的控制理论

  在1967年,就己经有专家提出了运动协同元控制理论。该理论指出,人体的运动过程是由肌肉或者关节的运动作为基本模式组成运动协同元控制,不同的协同元组合在运动的过程中会形成不同的运动结构,人体的运动器官是根据自身功能的不同来组成协同元控制和运动结构。人体的运动决策是通过大脑的运动神经系统利用协同元和运动的结构的结合来减少其中的参数,将复杂的运动指示转化为骨骼和肌肉神经所可以接受的简单指令。在转化和执行这些运动的过程中,人体的大脑运动系统利用人类身体上的协调和生理因素来完成这项运动。该理论重点强调的是关于人体运动的整体性,并不是将每个运动环节区分为一些细小的部分。在手指运动过程中,每个运动单元的变化是相互独立的,共同作为整体发生相对应的变化。协同元的控制理论同时也说明手指在运动过程中是不准确的,并且通过后天是训练是可以改变的,如婴儿在刚开始抓握时是毫无控制力的,而成人就比较熟练,容易掌握。运动协同元的控制理论是研究运动生理科学上的一个里程碑。

  2.2不同层次的控制理论

  国外的一名专家曾研究了人体的运动系统是分层次控制理论。分层次控制理论定义了功能和肌肉协同元是通过大脑运动分层控制的。该专家指出,大脑运动控制在给出确定的任务后在功能协同元控制中包含会发生的相对应的变化,并且进一步地分析在运动协同元运动的过程中表现最多的不是费定量特征而是拓扑特征。运动协同元控制在运动的过程中有时是独立出现,有时也是和其他多个运动协同元结合出现。因为这些协同元有顺序的出现所以构成了在手指运动过程中的时序结构,从而根据这些有顺序的简单指令完成手指运动。

  2.3  UCM的决策控制理论

  近年来在研究人体运动控制理论是研究出了UCM决策理论。这项控制理论指出对于一个大脑运动给出的运动任务又多种完成方案,大脑会自主选择其中的一个UCM,选中的这个子空间比其他的子空间变化度较大。从选中这个子空间的观点来观察,大脑运动系统会用所有的自由度来产生完成方案,保证完成该运动的灵活性是由冗余的自由度所决定的。

  3分析研究手指运动生理的存在的意义和价值

  3.1临床医学方面

  人的手受伤是有很多方面的原因造成的,如外在伤害或者内部神经损坏等多个方面,研究手指运动生理的特征可以帮助医学专家正确认识到手部受伤的原因,采取对应的措施来救治这些患者,使这些手部受伤的患者早日治疗手部疾病,重获健康。

  3.2康复保健方面

  人的手指是日常活动中使用最频繁的器官,很容易就会造成损伤,容易造成手部的残疾导致运动功能受阻,影响到患者的生活。因此,通过研究手指运动生理特征和检测可以帮助手指运动有障碍的患者通过正确的康复方式,进行康复锻炼,J陕复正常。

  3.3人机工程方面

  生活中的一些机械需要用手指来进行操作,手指与机器、手指与环境要密切配合发挥作用。所以,研究手指运动生理特征为研究人机工程学科的研究提供了重要的依据。

  3.4体育运动方面

  在体育运动过程中避免不了一些手部运动,如乒乓求、空竹之类的体育运动。

  通过研究手指的运动生理特征可以提高人们在体育运动过程中的运动水平,并且减少一些意外的情况对手指造成危害,减少一些意外损伤情况,同时也为手部体育运动理论基础提供了帮助。

  3.5仿生机制与制造

  社会在进步,仿生机制层出不穷,人们意识到,想要做成高水平的仿生器械就需要对该生物的运动原理很透彻。通过研究手指运动生理特征,可以帮助仿生学者专家了解手部的运动原理和其内在的机构,为仿生机构提供理论支持,从而仿制出人体与机器相适应的机械器材,为人类提供帮助。

  4结语

  手指作为人体上最灵活、最特殊的一个器官,学者徐本力、高学民、粱洪波等认为,手指是人类的第二大脑,通过手指运动更有利于脑潜能的开发。手指在大脑运动区发出复杂的任务后灵活快捷的去完成它,手指的运动功能是由自己本身的特殊机构和其内在的生理特征所组成的。尽管人们对手的运动原理己经了解全面了,但是还是有大量的控制机制方面的问题有待研究,这还需要社会多方面学科的专家共同协作才可以得出结论。通过分析手指运动生理特征与检测可以推进手指研究的进一步发展,为解决控制机制方面提洪帮助。

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