Sự phối hợp của các chuyển động tay: một mô hình toán học được xác nhận qua thực nghiệm

Bài báo này trình bày các nghiên cứu về sự phối hợp của các chuyển động tay tự nguyện của con người. Một mô hình toán học được hình thành và cho thấy khả năng dự đoán cả các đặc điểm định tính và chi tiết định lượng quan sát được trong các chuyển động tay đa khớp trong mặt phẳng. Sự phối hợp được mô hình hóa toán học bằng cách định nghĩa một chức năng mục tiêu, một thước đo hiệu suất cho bất kỳ chuyển động nào có thể xảy ra. Quá trình vận động duy nhất mang lại hiệu suất tốt nhất được xác định bằng cách sử dụng lý thuyết tối ưu hóa động. Trong công trình được trình bày ở đây, chức năng mục tiêu là bình phương độ lớn của giật (tốc độ thay đổi gia tốc) của tay được tích hợp trong suốt quá trình chuyển động. Điều này tương đương với việc giả định rằng một mục tiêu chính của sự phối hợp động cơ là sản xuất các chuyển động mượt mà nhất có thể của bàn tay. Các quan sát thực nghiệm được thực hiện trên các đối tượng con người thực hiện các chuyển động tự nguyện không bị ràng buộc trong mặt phẳng ngang đã được trình bày. Chúng xác nhận các dự đoán sau đây của mô hình toán học: các chuyển động từ điểm này đến điểm khác không bị ràng buộc gần như là đường thẳng với các mẫu tốc độ tiếp tuyến hình chuông; các chuyển động cong (qua một điểm trung gian hoặc vòng quanh một chướng ngại vật) có những phần cong thấp được nối với những phần cong cao; tại các điểm cong cao, tốc độ tiếp tuyến bị giảm; thời gian của các phần cong thấp khoảng tương đương nhau. Phân tích lý thuyết hoàn toàn dựa trên động học của chuyển động độc lập với động lực của hệ cơ xương và chỉ thành công khi được xây dựng theo chuyển động của tay trong không gian ngoại bào. Các tác động liên quan đến tổ chức chuyển động cũng được thảo luận.