1
UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE FAKULTA TĚLESNÉ VÝCHOVY A SPORTU
Vývojové normy určené k hodnocení hrubé motoriky v časném dětském věku (2-6 let): systematická rešerše
Disertační práce
Vedoucí disertační práce: Vypracoval:
Doc. PaedDr. Dagmar Pavlů, CSc. Mgr. Klára Hojková
Praha, červen 2014
2
Prohlašuji, že jsem závěrečnou disertační práci zpracovala samostatně a že jsem uvedla všechny použité informační zdroje a literaturu. Tato práce ani její podstatná část nebyla předložena k získání jiného nebo stejného akademického titulu.
V Praze, dne: podpis
3 Evidenční list:
Souhlasím se zapůjčením své diplomové práce ke studijním účelům. Uživatel svým podpisem stvrzuje, že tuto diplomovou práci použil ke studiu a prohlašuje, že ji uvede mezi použitými prameny.
Jméno a příjmení: Fakulta / katedra: Datum vypůjčení: Podpis:
______________________________________________________________________
4
Připojuji veliké díky Doc. PaedDr. Dagmar Pavlů, CSc. za odborné vedení práce a za řadu cenných připomínek a podněcujících nápadů při realizaci této práce. Ráda bych též poděkovala Mgr. J. Kokštejnovi, Ph.D. za zapůjčení testového manuálu Movement ABC.
5
ABSTRAKT
Název práce: Vývojové normy určené k hodnocení hrubé motoriky v časném dětském věku (2-6 let): systematická rešerše
Vymezení problému: Hodnocení motoriky v časném věku je nezbytné pro detekci odchylek ve způsobu řízení pohybu. Znalost funkčních vývojových mezníků v období časného dětského věku by mohlo přispět k usnadnění vyšetření v této věkové kategorii.
Cíl práce: Vytvoření přehledu motorických norem využívaných k hodnocení hrubé motoriky v období časného dětství (2-6 let) na základě rozboru normativních testů využívaných k hodnocení hrubé motoriky.
Metody: Systematická rešeršní studie byla realizována mezi rokem 2007-2013. Do studie byly zařazeny testy hodnotící vývoj hrubé motoriky ve věkové skupině 2-6 let vzhledem k vývojové normě. Testy byly zařazeny do studie na základě kritérií
vhodnosti. Analýza testových položek a jejich norem byla provedena jedním badatelem u testů, které splnily kritéria vhodnosti. Bylo čerpáno z elektronických databází i tištěných zdrojů.
Výsledky: Do studie bylo zařazeno osm testů využívaných k hodnocení motoriky v časném dětském věku. Jednalo se o test Prof. Arnolda Gesella, Laurence Vaivre- Douret, Denver II, Brigance Screens, CDI (Child Developmental Inventory), MMT (Maastrichtský motorický test), Movement ABC, a ASQ (Ages and Stages
Questionnaires) Na základě analýzy těchto testů bylo vyhodnoceno 87 testových položek hodnocených mezi 2. a 6. rokem života
Závěr: V období časného dětství dochází k významným změnám v kvalitě řízení pohybu. Motorické normy ukazují dynamiku vývoje motorických funkcí v období od 2- 6 let věku.
Klíčová slova: Motorický vývoj, hrubá motorika, vývojové motorické normy
6
SUMMARY
Title: Developmental gross motor norms in early childhood (2-6 years): systematic review
Objectives: Motor evaluation in early childhood is necessary to detect deviations in motor control. Knowledge of developmental functional milestones could make the examination in this age group easier.
Goals: Creation of motor norms survey used for gross motor evaluation in early childhood. Study is based on analysis of multiple norm reference tests.
Methods: Systematic review was realised in 2007-2013. Only norm referenced test was added to the study. Tests were integrated into study on the grounds of eligibility criteria.
Analysis of test items was applied by one researcher. Source of study included electronic databases and printed monographs.
Results: There was eight gross motor tests integrated into study. We used to analyse Gesell Test, Laurence Vaivre-Douret Test, Denver II, Brigance Screens, CDI (Child Developmental Inventory), MMT (Maastrichtse Motoriek Test), Movement ABC a ASQ (Ages and Stages Questionnaires) Based on tests analysis we detected 87 test items evaluted in the age period 2-6 years.
Conclusions: Early childhood period is distinctive of important changes in motor control quality. Motor norms describes development of motor functions dynamic in the period 2-6 years.
Key words: Motor Development, Gross Motor, Developmental Motor Norms
7
Obsah
ABSTRAKT ... 5
SUMMARY ... 6
1. ÚVOD ... 9
2. NEUROFYZIOLOGIE A KINEZIOLOGIE MOTORICKÉHO VÝVOJE ČASNÉHO DĚTSKÉHO VĚKU .. 11
2. 1. VÝVOJOVÉ TEORIE ... 11
2. 1. 1. PŘÍSTUP MATURACIONALISTICKÝ ... 12
2. 1. 2. PŘÍSTUPY KOGNITIVNÍ ... 14
2. 1. 3. PŘÍSTUP DYNAMICKÝCH SYSTÉMŮ ... 16
2. 1. 4. NERVOVÝ DARWINISMUS – EDELMANOVA TEORIE NEURONOVÉHO SKUPINOVÉHO VÝBĚRU ... 18
2. 2. ŘÍZENÍ POHYBU – NEUROFYZIOLOGIE POHYBU ... 21
2. 2. 1. VÝVOJ MOZKU A PLASTICITA CENTRÁLNÍHO NERVOVÉHO SYSTÉMU ... 21
2. 2. 2. NEUROFYZIOLOGIE CNS ... 27
2. 2. 3. MOTORICKÉ UČENÍ – MOTORICKÁ PAMĚŤ ... 35
2.3. HRUBÁ MOTORIKA: VYMEZENÍ POJMU ... 41
3. MOŽNOSTI HODNOCENÍ MOTORICKÉHO VÝVOJE ... 43
3. 1. TYPY TESTŮ VYUŽÍVANÉ V PEDIATRII ... 43
3. 2. PSYCHOMETRICKÉ VLASTNOSTI TESTU ... 44
3. 3. KLINIMETRICKÉ VLASTNOSTI TESTU ... 46
3. 4. VÝVOJOVÉ NORMY A JEJICH VARIABILITA ... 47
3. 4. 1. VÝVOJOVÉ NORMY A „RIZIKOVÝ FAKTOR“ V PODOBĚ NÍZKÉ PORODNÍ HMOTNOSTI A PŘEDČASNÉHO PORODU ... 49
4. CÍLE, ÚKOLY A METODIKA PRÁCE ... 50
4. 1. CÍL PRÁCE... 50
4. 2. METODIKA PRÁCE... 50
5. VÝSLEDKY ... 54
5. 1. POPIS POUŽITÝCH TESTOVÝCH SYSTÉMŮ ... 56
5. 2. VÝSLEDKY- SOUHRN MOTORICKÝCH NOREM VYUŽÍVANÝCH K HODNOCENÍ HRUBÉ MOTORIKY U DĚTÍ OD 2-6 LET VĚKU ... 62
5. 2. 1. NORMY PRO VÝVOJ HRUBÉ MOTORIKY 2-3 ROKY (24-36M) ... 62
5. 2. 2. NORMY PRO VÝVOJ HRUBÉ MOTORIKY 3-4 ROKY (37M-48M) ... 65
5. 2. 3. NORMY PRO VÝVOJ HRUBÉ MOTORIKY 4-5 LET (49-60M) ... 66
5. 2. 4. NORMY PRO VÝVOJ HRUBÉ MOTORIKY 5-6 LET (61-72M) ... 69
5. 3. VÝVOJ JEDNOTLIVÝCH DOVEDNOSTÍ HRUBÉ MOTORIKY V ČASE ... 72
8
6. DISKUZE ... 76
6. 1. DISKUZE NAD NORMAMI PRO HODNOCENÍ CHŮZE ... 76
6. 2. DISKUZE NAD NORMAMI PRO VÝVOJ CHŮZE PO SCHODECH ... 79
6. 3. DISKUZE NAD NORMAMI PRO VÝVOJ BĚHU ... 80
6. 4. DISKUZE NAD NORMAMI PRO VÝVOJ SKOKŮ ... 81
6. 5. DISKUZE NAD NORMAMI PRO VÝVOJ BALANCE ... 82
6. 6. DISKUZE NAD NORMAMI PRO VÝVOJ KOPŮ ... 84
6. 7. DISKUZE NAD NORMAMI PRO VÝVOJ HODŮ A CHYTÁNÍ PŘEDMĚTŮ... 84
6. 8. DISKUZE NAD NORMAMI PRO VÝVOJ DIADOCHOKINÉZY ... 85
6. 9. DISKUZE NAD NORMAMI PRO OSTATNÍ HODNOCENÉ DOVEDNOSTI ... 86
6. 10. DISKUZE NAD OBSAHEM ZKOUMANÝCH TESTŮ ... 87
7. ZÁVĚR ... 90
SEZNAM LITERATURY ... 92
9
1. ÚVOD
Hodnocení motoriky v dětském věku a včasná detekce individuálních hranic a limitů při řízení pohybu je velmi důležitá právě v období, kdy je plasticita centrálního nervového systému široce otevřena a dává nám prostor k ovlivnění motoriky. Zatímco v průběhu prvního roku života, je vyšetření motoriky velmi dobře popsáno, v období batolecím a předškolním tomu tak není. Obecné povědomí o fyziologických motorických
dovednostech a projevech v časném dětském věku je velmi nízké. V průběhu prvního roku života máme k dispozici praxí ověřený a velmi často využívaný screeningový a diagnostický systém, který kombinuje vyšetření spontánní motoriky, primitivní reflexologie a polohových reakcí. Tento systém nám v průběhu prvního roku života napovídá o kvalitě řízení pohybu a o současném stavu vývoje nervového systému.
Motorický screening v novorozeneckém a kojeneckém věku přinesl velmi pozitivní změnu ve smyslu včasného záchytu rizikových dětí. O zavedení screeningového vyšetření se významně zasloužil Prof. Václav Vojta, který přišel s terapeutickým řešením – reflexní lokomocí, jejíž efekt je v úzkém vztahu s plasticitou centrálního nervového systému a je tedy velmi závislý na včasné detekci dětí, které nevykazují fyziologický neurologický obraz. Tyto děti pak v běžné praxi obvykle podstupují terapii s využitím techniky reflexní lokomoce a jsou sledovány jako rizikové pro rozvoj dětské mozkové obrny. Druhou skupinou dětí, které jsou často posílány k terapeutickému řešení, jsou děti, které nevykazují známky většího neurologického poškození, přesto však je jejich spontánní motorika abnormální. Takovéto odchylky od normy jsou často pojmenovány diagnózou centrální koordinační porucha. Její obraz může být velmi pestrý a je odrazem způsobu fungování jednotlivých úrovní centrálního nervového systému, podílejících se na řízení motoriky. V případě, že nedojde k rozvoji klinického obrazu závažnější léze centrálního nervového systému, a tyto děti nevykazují výraznější změny v dynamice vývoje hrubé a jemné motoriky, jsou obvykle sledovány do období vertikalizace a samostatné chůze. Motorický vývoj však zdaleka ukončen není a významný rozvoj pohybu nastává zejména po kvalitativní stránce. Proto se některé poruchy řízení motoriky projevují až ve vyšším věku, kdy jsou nároky na řízení motoriky mnohem vyšší, a je nezbytné, aby do řízení motoriky byly zapojeny i fylogeneticky „novější“ části centrálního nervového systému, spojené se schopnostmi plánování a načasování pohybu, či s motorickým učením. Hodnocení hrubé motoriky by
10
mělo být součástí kineziologického a neurologického vyšetření v časném dětském věku.
Jaké jsou však standardizované normy pro hodnocení hrubé motoriky v období batolecím a předškolním, či co za dovednosti je v motorických testech hodnotících hrubou motoriku testováno a proč? Středem zájmu studie jsou zejména
neurofyziologické podklady pro výskyt jednotlivých motorických dovedností, protože pouze tak budeme schopni objektivně zhodnotit motorický projev dítěte. K hodnocení hrubé motoriky v časném dětském věku byla vyvinuta řada zahraničních testů, jejichž dostupnost je velmi komplikována finanční nákladností a to je možná jeden z důvodů, proč je povědomí o normách vývoje hrubé motoriky v období časného dětského věku omezené. Systematický přehled norem vývoje hrubé motoriky v této věkové kategorii by mohl přispět k usnadnění klinického hodnocení motoriky a k objasnění vývojových neurofyziologických procesů, jejichž znalost je velmi významná pro diagnostiku a stanovení vhodného terapeutického plánu.
11
2. NEUROFYZIOLOGIE A KINEZIOLOGIE
MOTORICKÉHO VÝVOJE ČASNÉHO DĚTSKÉHO VĚKU
2. 1. VÝVOJOVÉ TEORIE
Výzkum v oblasti vývoje motoriky se neustále potýká s nedostatkem objektivizačních metod a je výrazně limitován etickou a technickou náročností. Vzhledem k tomu, že motorický vývoj dítěte je středem zájmu různých profesních a vědních oborů, došlo v průběhu času k oddělení několika vědeckých směrů, zabývajících se teorií a principy motorického vývoje. Dílčí principy se liší zejména v tom, co je příčinou a co je vůdčím faktorem při vývoji motoriky.
Jednotlivé vědecké směry bývají často didakticky rozdělovány podle své maximální popularity do časové osy, ale zásadní je, že každý „nový“ směr, přinesl řadu informací a umožnil tak komplexnější pohled na psychomotorický vývoj dítěte. Práce vědců, kteří se zabývali vývojem motoriky na počátku 20. století, je nadále respektována a je
základem pro nové výzkumy. Mezi dodnes hojně citovanými jmény nalezneme, Gesella, Gibsonovou, Piageta, Bernsteina, Forssberga, Prechtla, Vojtu a řadu dalších, jejichž práce nebyla dodnes překonána (Gesell, 1967, 1947, 1945; Gibson, 1991, 1979; Piaget, 1969, Bernstein, 1967; Forssberg, 1985; Prechtl, 1980; Vojta, 1993).
Postupem času došlo k oddělení tří základních směrů. Na počátku 20. století převládala tendence k tzv. maturacionalistickému pohledu na problematiku vývoje. Ve druhé polovině 20. století významně ovlivnil pohled na motoriku dítěte Jean Piaget (1969), jehož práce reprezentuje druhý ze směrů. Jedná se o přístup kognitivní. Posledních 20 let je charakteristických tzv. přístupem dynamických systémů a nejnověji významným způsobem ovlivnila chápání motorického vývoje Edelmanova teorie neuronového skupinového výběru (neuronal group selection theory) (Edelmann, 1987, 1993, 2000).
Rozdělení podle časové osy je velmi zavádějící, protože každý z přístupů je nadále rozpracováván. Dogmatické uvažování pouze v rámci jedné teorie nás ochuzuje o co nejpřesnější analýzu motorického projevu. Základní rysy všech těchto teoretických směrů jsou přiblíženy v následující části.
12 2. 1. 1. PŘÍSTUP MATURACIONALISTICKÝ
Tento směr představuje pojetí přísně medicínské, založené na vývojové neurologii.
Zejména na samém počátku motorického vývoje jsou principy zrání a vývoje nervových struktur řídícím faktorem pro vývoj nových motorických schopností. Vliv prostředí na vývoj motoriky je považován za druhořadý. Na vývoj motoriky je pohlíženo jako na postupné uvolňování kapacit, které jsou dány zráním nervových struktur a
anatomickými změnami CNS. Tento striktně biologický pohled významně ovlivňuje dynamiku motorického vývoje v průběhu prvního roku života (Gesell, 1967). Podle některých radikálnějších názorů je to model, který převládá až do ukončeného druhého roku života. Během tohoto období, je tedy motorický vývoj nezávislý na cvičení a motorickém učení. Teprve ve dvou letech se díky aktivaci vyšších řídících center objeví plně volní a cílený pohyb (Jover, 2000).
Základní principy motorického vývoje dle Illingwortha (1978)
1) motorický vývoj je kontinuální proces, ukončený dozráním nervového systému 2) jednotlivá stádia motorického vývoje jsou identická pro všechny jedince 3) Stádia motorického vývoje jsou dána rytmem zrání nervových struktur 4) Motorický projev je nejprve globální, později dochází k diferenciaci pohybu 5) Plně volní pohyb nastává v důsledku potlačení primitivních reflexů a aktivace
vyšších řídících center.
Na základech maturacionalistického pohledu na problematiku vývoje pohybu byly postaveny první vývojové testy, založené na motorické normě. Došlo tak ke stanovení základních „etap“ fyziologického motorického vývoje dítěte. (Bayley,1936; Gesell, 1947).
Gesellovské pojetí motorického vývoje
Gesellova teorie motorického vývoje respektuje vliv motivace, osobnostních rysů, sociokulturních dispozic a prostředí na psychomotorický vývoj dítěte, ale i biologické a genetické kapacity jsou považovány za dominantní. Gesell sestavil vývojové normy.
13
Považoval každou dovednost za zásadní pro další vývoj. Chybění, některé z motorických dovedností představovalo problém při cestě k vyšší vývojové úrovni (Gesell a Amatruda, 1945).
Tab. č. 1: Sedm principů vývoje dle Gesella. Převzato z (Piek, 2006)
1. Individuální předurčenost Pohyb je výsledkem morfogenetických procesů, bez vlivu zkušenosti. Přestože prostředí má vliv na motoriku, není příčinou progresivních změn ve vývoji.
2. Směr vývoje Cefalokaudální a proximodistální směr vývoje 3. spirální růst Je výsledkem postupného vývoje od hlavy
k patě vycházejícího ze spirálního trendu růstu 4. reciproční reakce Ontogenetický vývoj je nelineární, probíhá
v periodických „vlnách“ vedoucích k funkční rovnováze. Je patrná progrese v dominanci jednoho aspektu před druhým. Přirovnal vývoj ke tkaní, které také vždy navazuje na
předchozí nitky.
5. funkční asymetrie Asymetrie se vyvíjejí jako výsledek recipročních reakcí. Princip zahrnuje dominanci ruky, nohy, zraku.
6. samo-regulační schopnost Rostoucí systém se pohybuje od nestabilního stavu ke stabilnímu. Tento samo-regulační systém je výsledkem vývojových změn.
7. optimální tendence Cílem je maximální účinnost. Kompenzace a náhradní mechanismy vedou vždy k co největšímu funkčnímu potenciálu.
Vedle Gesella je další významnou osobností skupiny „maturacionalistů“ Myrtle McGraw. Zatímco Gesell spatřoval příčinu vývoje v morfologickém zrání nervového sytému, Myrtle McGraw vyslovila hypotézu kortikální inhibice. Zjednodušeně přišla s teorií, že nejprve reflexní pohybové vzorce jsou inhibovány procesy neurogeneze, vycházející z postupné rostoucí funkčnosti kortexu. Primitivní reflexy jsou postupně potlačovány volními mechanismy (Jover, 2000).
14
Vliv maturacionalistů na hodnocení motorického vývoje
Princip hodnocení je založen na tvrzení, že odlišný sled motorických dovedností, může být znakem abnormálního vývoje. Jakákoliv změna v načasování a pořadí vývojových dovedností, může znamenat poruchu CNS (Touwen, 1978). Základem hodnocení jsou tedy vývojové normy. Pokud některá z motorických dovedností v průběhu vývoje chybí, jako např. lezení, následky jsou patrny i v dalším vývoji. Radikální přístup neuznává jakoukoliv individualitu a variabilitu ve vývoji a to je hlavní důvod, proč je tento přístup kritizován. Pro klinické hodnocení motorického vývoje však má nenahraditelnou pozici.
2. 1. 2. PŘÍSTUPY KOGNITIVNÍ
Novější pohled na motorický vývoj pochází z období 70. let 20. století. Dá se říci, že je výsledkem zájmu skupiny psychologů, kteří se začali masivně zajímat o motorické chování dítěte. Výsledkem pak byla mezioborová spolupráce psychologů, neurologů a pediatrů. Jedním z prvních přestavitelů kognitivního směru byl Jean Piaget. Vedl diskuse, při nichž sledoval vztahy časného motorického vývoje a mentálních procesů.
Asi nejznámější je jeho teorie kognitivního vývoje (Piaget, 1969). Dle Piageta je podstatou kognitivního vývoje akce, ať už motorická, nebo mentální. Piaget rozdělil způsoby vnímání okolí do čtyř období. Viz tabulka č. 2.
Rozdělení a specifikování jednotlivých stádií mělo velký přínos pro pedagogiku. Čím vyšší stádium, tím jednodušší a rychlejší způsob poznání.
Tab. č. 2: Vývojové etapy dle Piageta převzato z (Piek, 2006)
Sensomotorické stádium (narození – 2 roky) Dítě poznává svět pomocí pohybů a smyslů a získává vědomí stálosti objektů)
Předoperační stádium (2 -7let) Dítě je schopné uvažovat a mluvit o věcech symbolicky, důležitý je prvek fantazie.
Vnímání časových vztahů, příčinnosti, množství apod. se vyvíjí, ale není vlastní pro toto období. Egocentrické myšlení
Stádium konkrétních operací (7 – 12 let) Dokáže logicky přemýšlet o konkrétních událostech, chápe stálost počtu, množství a
15
hmotnosti.
Stádium formálních operací (12 – více) Dokáže logicky myslet o abstraktních pojmech
Piagetovi teorie měly pozdější vliv na rozvoj umělé inteligence a počítačové vědy.
Procesy řízení motoriky a zpracování informací vztahujících se k vývoji motoriky postupně začaly být středem pozornosti vědců zabývajících se pohybem. Kybernetické studie a modely představují „moderní“ pojetí řídících procesů. Historicky významnou osobou v oboru biokybernetiky byl Nikolai Bernstein. Jeho teorie byly dále
rozpracovány. Motorické chování je vnímáno jako hierarchicky uspořádaný proces, řízený centrálním nervovým systémem. Člověk může být chápán jako „aktivní
informační procesor“ (Bernstein, 1967). Řízení motoriky probíhá na několika úrovních a jednotlivé „články“ mohou být hodnoceny samostatně. Rozlišujeme vstup, centrální řídící jednotku, výstup a zpětnovazebné procesy. Řízení motoriky je zobrazováno jako komplexní schéma zahrnující motorické programy. Paměť, zpětnovazebné mechanismy a percepce jsou nejčastějším cílem zkoumání. V roce 1994 publikovali Forssberg a Hirschfeld model posturálního řízení (Forssberg a Hirschfeld, 1994). Viz. Obr. č. 1
Obr. č. 1: Model posturálního řízení (Forssberg a Hirschfeld, 1994)
16 Vliv kognitivního přístupu na hodnocení motoriky
Tento pohled na řízení motoriky, umožnil kvalitativní hodnocení pohybu a hodnocení deficitu na jednotlivých úrovních řízení. Cílem vyšetření je hledání příčiny
abnormálního motorického projevu a nejslabších funkčních komponent. Významným mezníkem je hodnocení a diagnostika v rámci centrální koordinační poruchy. Středem zájmu se stalo období časného dětství a pozdější. Důvodem jsou vyšší nároky na koordinaci pohybu.
2. 1. 3. PŘÍSTUP DYNAMICKÝCH SYSTÉMŮ
Přístup dynamických systémů představuje v současné době nejčastěji rozpracovávané teoretické pojetí motorického vývoje. Základem pro tento způsob chápání vývoje dítěte byla matematická „teorie chaosu“. Jako první představitel tohoto směru je udáván James Gibson. Jeho teorie je často nazývána ekologickou teorií vývoje. Základním předpokladem je, že pohyb je spíše výsledkem vnitřních kapacit celého systému, než aby byl výsledkem zrání a vývoje centrálního nervového systému. Podstatou zkoumání jsou vztahy mnoha subsystémů, které jsou příčinou nového motorického projevu. Tento přístup příliš neuznává existenci motorických programů a vzorců. Centrální nervový systém je vnímán jako jeden z mnoha systémů, podílející se na výsledném pohybu. Není však chápán jako vůdčí. Do výsledných motorických kapacit zasahují biomechanické a anatomické vlastnosti, psychické rozpoložení, sociální vliv prostředí atd. (Gibson, 1979, 1991).
Gibsonova ekologická teorie
Podle Gibsona (1979) je pohyb výsledkem dynamických vztahů mezi akcí a percepcí.
Jedinec vnímá vlastnosti okolí ve vztahu ke svým pohybovým možnostem Gibson (1991). Tvrdí, že není potřeba, aby byl perceptivní stimul vyhodnocován vyššími centry.
Tento jev nazývá přímou percepcí. Je to zásadní rozdíl chápání od předešlého kognitivního přístupu.
Mechanismus motorického vývoje je chápán jako střídání stavu stability a instability.
Průběh motorického vývoje probíhá nelineárně a je ovlivněn tím, že dílčí subsystémy dozrávají v různém čase a pořadí. Každý moment instability vede k nové motorické
17
dovednosti. Motorický vývoj probíhá spontánně. CNS není chápán jako nadřazený regulační systém (Ulrich, 1993).
Newell (1986) popsal schéma motorického vývoje, který je závislý na třech základních faktorech. Hovoří o složce organismu, která zahrnuje jak strukturální tak funkční
vlastnosti, dále je vývoj ovlivněn prostředím a motorickým úkolem či cílem. Viz. Obr. 2.
Na rozdíl od předchozích dvou přístupů se tento „dynamický“ neztotožňuje s výrazem vývojové stádium, či etapa. Namísto toho je využíván termín vývojová „změna“ ( Van der Maas a Hopkins, 1998).
Obr. č. 2: Řízení pohybu dle principu dynamických systémů převzato z (Piek, 2006) str.
61
Způsob smýšlení názorně ukazuje na příkladu lezení Thelen (1995, 1991). Lezení představuje jeden ze způsobů lokomoce, který je později „destabilizován“ a je nahrazen chůzí. Lezení však nemusí chůzi předcházet, a proto převažuje tvrzení, že se nejedná o geneticky daný program. Kvadrupedální lokomoce je vnímána jako spontánní řešení využívající momentální dispozice. Cílem pohybu je pouze překonat určitou vzdálenost a terén. Tento způsob lokomoce je později nahrazen výhodnějším řešením (Thelen, 1995, 1991)).
18
Vliv přístupu dynamických systémů na hodnocení motoriky.
Každá motorická dovednost může být popsána jednou, či více proměnnými. Podstatou je respekt individuality ve vývoji. Cílem zkoumání je analýza příčin změn úrovně a kvality pohybu. Často jsou zkoumány vztahy mezi prostředím a chováním organismu.
Konfrontace jedince s charakteristickým prostředím a situací. Často je hodnocena pohybová strategie v souvislosti se změnou podmínek a prostředí pohybu, dále jsou srovnávány antropometrické vlastnosti dítěte s motorickým projevem. K hodnocení pohybu je využívána videoanalýza, EMG, kinematická analýza apod (Thelen, 1995;
Smith, 2003).
2. 1. 4. NERVOVÝ DARWINISMUS – EDELMANOVA TEORIE NEURONOVÉHO SKUPINOVÉHO VÝBĚRU
Jedná se o nejnovější ucelený pohled na fungování a vývoj centrálního nervového systému. Původní teorie neuronového skupinového výběru byla vyřčena v roce 1978.
Autorem teorie je americký biolog Gerald Edelman, nositel Nobelovy ceny za fyziologii (struktura molekuly protilátky). Teorie neuronového skupinového výběru vychází z Darwinova evolučního principu přirozené selekce, proto je často nazývána „nervovým darwinismem“ (Edelman, 1989). Variace a selekce mezi populací neuronů hraje dle Edelmana klíčovou roli při fungování a vývoji centrálního nervového systému.
V souhrnu lze říci, že teorie neuronového skupinového výběru (dále jen TNSV), obsahuje prvky jak přístupu neuro-maturacionalistického, tak přístupu dynamických systémů. Dle Edelmana jsou jednotlivé části centrálního nervového systému dynamicky uspořádány a jsou propojeny do variabilní sítě. Struktura a funkce jednotlivých
„spojů“ je dána genetickými faktory, vývojem a prostředím. Edelman poukazuje na téměř nekonečně možné variace propojení jednotlivých buněk mozku a tudíž na stoprocentní individualitu každého jedince. Počáteční možnosti jedince jsou dány evolucí. Předpokládá se, že postnatální vývojový proces navazuje na základní výbavu jedince. Dle Edelmana (1993) je mozek novorozence tvořen přibližně 100 miliardami buněk. Dětský mozek je tvořen mnohem větším počtem nervových buněk, než je tomu u dospělého jedince. Pouze buňky, které budou funkčně využity, přežijí a jsou uspořádány
19
do nervových skupin. Proces selekce neuronů je spuštěn aferentními podněty a zkušenostmi (Edelman, 2000).
Edelman je absolutním odpůrcem zjednodušeného přirovnávání fungování mozku k procesům řízení počítače (Edelman, 1993). Tvrdí, že biologické procesy nemohou být ztotožňovány s fungováním stroje.
Jednotkou výběru jsou seskupení stovek až tisíců vzájemně propojených neuronů, které Edelman nazývá neuronové skupiny. Tyto skupiny představují funkční jednotku, která je využita k řešení úkolu, nebo odpovědi na specifický senzorický podnět. Struktura a velikost jednotlivých neuronových skupin může být různá, stejně jako „síla“ synapsí uvnitř neuronové skupiny.
Neuronová selekce probíhá na třech úrovních. Viz obr. č. 3. Prvním,
„obecným“ stupněm výběru je tzv. selekce vývojová, která zahrnuje samotnou tvorbu neuronových skupin a probíhá v období embryonálním i postnatálním. Variabilita je v tomto období obrovská, přesto existují hranice, a ty jsou dány genetickým
potenciálem. Výsledkem vývojové selekce je „primární repertoár“ jedince (Edelman, 2000).
Po vytvoření anatomických spojení vedoucích k primárnímu repertoáru pokračuje selekce a synaptické změny, které jsou řízeny zkušenostmi a chováním. Edelman (1993) tuto fázi neuronového výběru nazývá selekcí zkušenostní. Tento proces výběru se odehrává na úrovni synaptické, bez významnějších anatomických změn. Dochází k upřednostňování, či naopak k potlačení některých neuronových synapsí. Zkušenostmi daný výběr dává vzniku „sekundárnímu repertoáru“ a je charakteristický výběrem pokus – omyl. Variabilita pohybu je velmi pestrá a je odrazem reálného styku s okolním prostředím. Aby však bylo zajištěno absolutní přizpůsobení se aktuálním podmínkám a situaci v čase a prostoru, je nezbytný vyšší řídící mechanismus, který Edelman nazývá reentrantní signalizací. Reentrantní signalizace představuje paralelní signalizaci mezi jednotlivými skupinami neuronů. Aktivace výsledné neuronové mapy vždy musí být spuštěna během adaptivního chování, nikoliv před zahájením akce, protože jinak by nebyla adaptací na aktuální požadavky prostředí. Reentrantní signalizace tedy zajišťuje nejvyšší způsob kontroly pohybu (Edelman, 1993).
Vývoj centrálního nervového systému a proces selekce probíhá v průběhu celého života.
Je výsledkem adaptace na aktuální potřeby jedince.
20
Obr č. 3: Způsoby selekce neuronových skupin dle TNSV (Edelman, 1993)
Teorie neuronového skupinového výběru a hodnocení motoriky
Schopnost adaptace a variabilita pohybu jsou projevem dobře fungujícího centrálního nervového systému. Pohybová porucha se projevuje změnami v pohybových strategiích, jejichž množství je obvykle omezeno a pohybový projev je více stereotypní. V případě centrální koordinační poruchy nastává problém se selekcí odpovídající strategie z již vybudovaného repertoáru, jinými slovy je patrna limitovaná kapacita variability vzhledem k situaci (Edelman, 2000). Smyslem funkčního vyšetření je pozorování adaptability na různé podněty a změny prostředí. Cílem je rovněž hledání
kompenzačních mechanismů a hodnocení variability pohybu (Hedders – Algra, 2000).
Diagnostická aplikace variability má dva cíle: 1. zhodnotit současné kapacity a limity; 2.
zhodnotit perspektivy do budoucna. Součástí diagnostiky by vždy mělo být vyšetření zahrnující detailní anamnézu, vyšetření pomocí zobrazovacích metod,
neurofyziologické vyšetření, kineziologický rozbor, případně ortopedické a další speciální vyšetření (Hadders-Algra, 2010).
21
2. 2. ŘÍZENÍ POHYBU – NEUROFYZIOLOGIE POHYBU
V předchozí části jsme didakticky rozdělili jednotlivé teoretické směry zabývající se psychomotorickým vývojem člověka a naznačili základní rozdíly ve způsobu chápání principů motorického vývoje. Centrální nervový systém je pojítkem mezi všemi teoretickými přístupy, i když významnost dynamiky zrání mozku je mezi jednotlivými směry různá.
Vývoj centrálního nervového systému člověka není omezen pouze na období prenatální, ale pokračuje nadále v období po narození. Fakt, že se člověk rodí s nedokončeným vývojem centrálního nervového systému, s sebou přináší obrovský prostor pro pestrost pohybového projevu. Jednou ze základních kapacit mozku je plasticita. Ta představuje možnost modifikovat strukturální i funkční uspořádání centrálního nervového systému v průběhu života a je předpokladem učení a adaptace na okolní podmínky (Kolb, 2003).
Výzkum funkce jednotlivých částí mozku je významný zejména pro klinické využití a je velmi náročný z důvodů etických a technických. Proto existuje nadále řada nejasností v jeho fungování a některé řídící procesy jsou považovány pouze za hypotetické.
V následující části zmíníme obecné principy vývoje centrálního nervového systému a popíšeme aktuální poznatky o fungování jednotlivých částí mozku. Zaměříme se zejména na oblasti vztahující se k řízení motoriky.
2. 2. 1. VÝVOJ MOZKU A PLASTICITA CENTRÁLNÍHO NERVOVÉHO SYSTÉMU
Vývoj centrálního nervového systému
Vývoj lidského mozku bychom mohli rozdělit do dvou procesů. Tím prvním je vývoj strukturální – neurogeneze a tím druhým, je vývoj funkční – synaptogeneze a myelinizace. Velikost mozku novorozence představuje zhruba 25% velikosti mozku dospělého jedince a objem hmoty šedé mozkové kůry dosahuje proporcí dospělého člověka až kolem třech let věku (Hadders-Algra, 2010). Některé studie však uvádí, že v období mezi 2-5. rokem života dosahuje velikost dětského mozku zhruba 80%-90%
mozku dospělého jedince (Piek, 2012). Z fylogenetického pohledu je právě poměr kortexu a zejména neokortexu vůči ostatním strukturám mozku významně větší, než je
22
tomu u nižších živočichů. Udává se, že u lidského jedince tvoří cortex zhruba 80%
celkového objemu mozku (Hadders-Algra, 2010).
Neurogeneze: Vznik a vývoj neuronů začíná v období prenatálním a pokračuje až do období postnatálního. Z velké části je řízen genetickými faktory (Bruer, 2010)
(Huttenlocher, 2002). Dlouhou dobu přetrvávaly názory, že v postnatálním období nedochází ke zvyšování počtu nervových buněk mozku. Růst mozku byl spojován se zvětšováním jednotlivých buněk, jejich spojů a myelinizací axonů. Jako další možná příčina růstu mozku byla zvažována vaskularizace a vývoj pojivové tkáně, které se rovněž podílely na zvyšování objemu. Tento předpoklad však byl vyvrácen zkoumáním primátů v roce 1985 (Rakic, 1985). Nové informace přinesl také Shankle, který
opakovaně provedl neuroanatomický rozbor kůry mozkové u dětí od narození do věku 72 měsíců (Huttenlocher, 2002). Výsledky ukázaly, že v období mezi 24. a 72. měsícem došlo k nárůstu celkového počtu kortikálních neuronů o 60-78% v porovnání s
novorozencem. Dle některých studií však neprobíhá neuronální novotvorba ve všech částech kortexu až do dospělosti, ale pouze v oblastech fylogeneticky nejnovějších, které jsou spojeny s vyšší řídící funkcí jako např. asociační oblasti prefrontální,
temporální a parietální (Eriksson, 1998). Konkrétně u prefrontálního cortexu je období maximálního růstu datováno mezi 5.- 11. rokem života (Piek, 2012). Naproti tomu u primární senzorické části kortexu vznik nových neuronů v dospělosti prokázán nebyl (Ericsson, 1998). Možnost vzniku nových neuronů v asociačních oblastech mozkové kůry může být jedním z principů plasticity mozku v dospělosti (Huttenlocher, 2002).
Některé studie ukazují, že obecně dochází k nadprodukci nervových buněk kortexu a pouze jejich využití a funkce dávají těmto buňkám možnost přežít (Edelman, 2000;
Bruer, 2002). Počet nervových buněk kortexu se tedy v průběhu života mění.
Maximální neuronová hustota kortexu je přítomna v období kolem 1. roku života.
Později prudce klesá, ale je následována zvýšeným počtem synapsí (Huttenlocher, 2002). Existuje řada teorií o vzniku a zániku kortikálních neuronů a mozkových nervových buněk vůbec. Jsou zmiňovány i procesy apoptózy, tedy předprogramované buněčné smrti, která dynamický systém nervových buněk centrálního nervového systému provází (Bruer, 2010, Piek, 2006) ( Huttenlocher, 2002).
Synaptogeneze: synapse představují systém vzájemné komunikace mezi neurony.
Axony a dendrity spolu vytváří nervové okruhy, které jsou nezbytné pro jakoukoliv
23
funkci mozku. Synaptogeneze probíhá od intauterinního vývoje až do dospělosti.
Výrazně rozdílná je rychlost formování a stabilizace spojů. Zatímco v období časného dětství je synaptogeneze nejrychlejší, v období dospělosti je tento proces o poznání pomalejší, přesto však není ukončen a provází nás celým životem, zejména v některých částech kortexu (Bruer, 2002). Synaptogeneze zahrnuje rovněž vývoj receptorů pro transmitery na postsynaptické membráně. Některé poruchy mohou být způsobeny právě patologicky dominujícím typem synapsí, jako je tomu u ADHD či autismu.
Nejkritičtějším obdobím pro formování dendritických a axonálních spojů je období od narození do věku 2 let (Huttenlocher, 2002). Synaptogeneze je dle některých studií řízena dvěma faktory. Tím prvním je genetická determinace. Takovýto způsob vzniku spojů je nazýván biderekcionální. Vyžaduje vzájemnou „signalizaci“ mezi dvěma neurony a je charakteristický pro základní funkce jako je zrak, fylogeneticky daný způsob lokomoce apod. Tento způsob vzniku synapsí je nezávislý na okolním prostředí.
Ve výsledku pak vede ke vzniku nervových okruhů, které jsou funkčně specifikovány.
Druhý způsob vzniku synapsí je ovlivněn prostředím a je nazýván randomizovaným, čili náhodným způsobem vzniku synaptických spojení. Tento typ synapsí se funkčně vyhranní, stane – li se součástí nervového okruhu. Vznik těchto spojení bývá spojován s vyššími funkcemi kortexu. Funkčně nevyhraněné spoje jsou nazývány „tichými synapsemi“ a jejich existence a způsob fungování je popsán pouze na hypotetické úrovni (Isaac et all., 1997). Předpoklad jejich přítomnosti vede k jednomu z možných objasnění plasticity cortexu, a tedy i učení.
Řada studií se zabývala výzkumem synaptické hustoty v období vývoje. Výsledky ukázali, že počet synapsí je maximální kolem 1. roku života a je zhruba 2x takový, než u dospělého jedince (Johnson, 2001). Období maximálního synaptického růstu je však následováno poměrně dlouhou etapou synaptické eliminace, přičemž zhruba do 7 let věku je synaptická hustota stále velmi vysoká a klesá až do období střední dospělosti (Bourgeois, 1994). Uvádí se, že mezi 4.-5. rokem je synaptická hustota na 150% hodnot dospělého jedince a okolo 7. roku života je synaptická hustota stále o 37% vyšší, než je tomu v dospělosti (Huttenlocher, 1997) (Johnson, 2001). Bylo prokázáno, že nelze unifikovat synaptický růst rovnoměrně na celou oblast kortexu. Vývoj probíhá
nelineárně. Maximální synaptický peak úzce souvisí s funkčností dané oblasti cortexu.
Například u zrakového cortexu byla maximální hodnota počtu synapsí naměřena mezi 2.
- 4. postnatálním měsícem a pozvolna se snižovala zhruba od 12. měsíce až do 10. roku života, kdy dosáhla hodnot shodných s dospělým jedincem (Huttenlocher, 2000) Oproti
24
tomu frontální cortex prokazoval maximální synaptickou hustotu kolem 1. – 2. roku života, kdy dosahoval hodnot o 50% vyšších, než je tomu u dospělého jedince.
Eliminace pak pokračovala až do 16 let věku (Huttenlocher, 2000). Funkční vazba byla rovněž popsána u sluchového cortexu, jehož maximální synaptický růst předcházel Wernikeovo centrum (porozumění) a naopak to, předcházelo Brockovo centrum řeči (motorika řeči) (Huttenlocher, 2002).
Myelinizace: myelinizace představuje proces vývoje a distribuce myelinu v pochvách axonů nervových buněk. Tvorba myelinu je stimulována elektrickými impulzy
z příslušného neuronu (Kynčl et al. 2007). Myelinizace začíná kolem 5. měsíce fetálního vývoje. Jako první myelinizují hlavové nervy. Největší vývojový posun nastává v období prvního a druhého roku života, přičemž proces myelinizace pokračuje až do pozdějších období. Někteří vědci udávají nálezy myelinizace shodné s dospělým jedincem kolem 3. roku života (Kynčl et al. 2007) či 4. roku života (Hedders – Algra, 2000), dle jiných, je to období kolem 6. roku, kdy dozrávají jako poslední kortiko – cerebelární dráhy (Véle, 2006). Vezmeme – li v úvahu, že je myelinizace spouštěna elektrickou aktivitou neuronu, a že synaptická aktivita probíhá až do dospělosti, je možné, že proces myelinizace může probíhat i do pozdějšího věku (Huttenlocher, 2002).
Obecně lze říci, že proces myelinizace postupuje v kaudo – kraniálním a dorzo – ventrálním směru, tedy od centra směrem k periferii (Kynčl et al., 2007). Nejprve
myelinizují dráhy senzorické, které jsou následovány dráhami motorickými viz. tab.č. 3.
Tab. č. 3: průběh myelinizace od narození do 3. let věku (Kynčl et al., 2007) věk Myelinizované oblasti CNS
Při narození Senzorické oblasti, mediální lemniscus, přední a laterální spinothalamický trakt, horní mozečkový pedunkl a nc. Dentatus mozečku, dorz. Část kmene mozk., optické trajektorie, pyramidový trakt, rolandické a perirolandické oblasti
1. měsíc Bílá hmota mozečku, kortikospinální trakt, optické trakty
3. měsíc Varolův most, ventrální části kmene, capsula interna, střední mozečkový pedunkl, okcipitální subkortikální oblast
6. měsíc Corpus calosum, periferní subkortikální oblasti okcipitálních a parietálních laloků
9. měsíc Plně myelinizovaná subkortikální oblast front. laloků, bazální ganglia,
25 thalamus.
12. měsíc Obraz podobný dospělému jedinci v subkortikální oblasti. Pouze ventrální část frontálních a temporálních laloků není myelinizována
36. měsíc Myelinizace dosahuje dospělého obrazu
Plasticita centrálního nervového systému
Plasticita centrálního nervového systému úzce souvisí s vývojem a její kapacity jsou limitovány věkem. Buněčné mechanismy plasticity centrálního nervového systému jsou nadále otázkou výzkumu. Je možné odlišit několik úrovní plasticity od změn
excitability jednotlivých synapsí až k anatomické reorganizaci kortexu (Nudo et al.
2001). Charakter funkčních či anatomických změn mozku je dán zejména dobou
působení a vlastnostmi stimulu. Viz. tab. č. 4. V období dospělosti jsou plastické změny rovněž přítomny a jsou spojeny zejména s učením. V dospělosti se změny odehrávají zejména na úrovni kortiko-kortikálních spojení (Nudo et al. 2001). Více v kapitole o motorickém učení.
Tab. č. 4: plasticita CNS (Hallett, 2001)
Krátkodobé změny Střednědobé změny Dlouhodobé změny Změna rovnováhy mezi
excitačními a inhibičními synapsemi
Potlačení či naopak aktivace excitačních synapsí v důsledku dlouhodobého využívání nebo naopak dlouhodobým útlumem
Anatomické změny, formování nových synapsí či naopak jejich destrukce
Změny na excitabilitě buněčné membrány
Plasticita senzorických systémů: Přestože jsou senzorické systémy významně geneticky determinovány, nelze je pokládat za fixní struktury s neměnnými spoji.
Jejich „tvárnost“ je největší v období časně po narození. Pro integraci senzorických vstupů jsou velmi důležité subkortikální mechanismy thalamu a kmene mozkového.
Plasticita spojená se změnou senzorického vstupu je zřejmá a byla popsána v mnoha případech (Feldman, 2005)
26
Zrakový kortex – Pro zrakový vjem je charakteristická párovost senzoru. „Závod“ mezi vstupy je podstatou plasticity. Plasticita může mít pozitivní i negativní dopady na výslednou funkci zraku. S negativním dopadem se setkáváme při zrakové deprivaci v senzitivním období, kdy vlivem nedostatečné stimulace dojde ke ztrátě zraku.
S pozitivním jevem se setkáváme u reverzibilnosti šilhání, kdy je cíleně využíváno upřednostnění oka se strabismem v období senzitivního období (Huttenlocher, 2002).
Sluchový kortex – o plasticitě sluchového cortexu toho příliš nevíme. Udává se, že pro plastické změny centrálního nervového systému je v průběhu vývoje více času. Tento jev je prokázán na řeči u pacientů se ztrátou sluchu. Ovlivnění je tak možné do období dospívání. Pro sluch není tak typická kompetitivnost mezi vstupy, protože
lokalizovatelnost zvuku je oboustranná. Dlouhodobý efekt ztráty sluchu zejména v senzitivním období vede k trvalým změnám na sluchovém cortexu (Huttenlocher, 2002). V období kolem 7. roku života, jak uvádí někteří autoři, je plasticita stále vysoká (Mundkur, 2005).
Somatosenzorický kortex – rozložení somatosenzorické mapy senzorického cortexu (gyrus postcentralis) je velmi podobné tomu u kortexu motorického (homunculus). Byla prokázána aktivace kortikálních neuronů v odpovídající arei při podráždění malého okrsku kůže přičemž v okolních oblastech naopak došlo k inhibici. Oblast sousedící - inhibiční je podstatně širší než ta samotného podráždění. Bylo prokázáno, že schopnost funkčního určení mnoha kortikálních oblastí může být ovlivněna deaferentací či
amputací končetiny nebo její části. Například při amputaci dojde k rozšíření
„sousedících“ oblastí do senzorické oblasti cortexu amputované části. Tento jev nastává 2 měsíce po amputaci (Buonomano a Merzenich, 1998). Plasticita somatosenzorického kortexu založená na změně uspořádání somatosenzorické mapy přetrvává až do
dospělosti (Feldman, 2005). Oproti tomu plasticita založená na změně struktury a uspořádání somatosenzorického kortexu, která je dána přítomností tzv. tichých synapsí, je umožněna pouze několik dnů po narození (Huttenlocher, 2002).
Plasticita motorického cortexu:
Plasticita motorického kortexu je odlišná od ostatních částí kortexu tím, že její
schopnost náhrady postižených oblastí je velmi limitovaná. Problém je zejména v časné specifikaci kortikálních neuronů a tvorbě mapy cortexu v podobě „homunculu“.
Eferentní systém primární motorické arei je závislý na Betzových buňkách cortexu, které mají velmi omezenou schopnost reorganizace v případě poškození. Významný
27
rozdíl byl shledán u pacientů s centrální lézí v dospělosti a u pacientů kdy došlo k poškození v období perinatálním. Rozdíl se nejvíce projevil na poruchách řeči, které jsou patrné pouze u pacientů dospělých. U perinatálních lézí se afázie neobjevuje (Huttenlocher, 2002; Ballantyne, 2008).
2. 2. 2. NEUROFYZIOLOGIE CNS
Kůra mozková – funkce a vývoj
Kůra mozková je vývojově nejnovější částí mozku. Její vývoj je pomalý a probíhá až do dospělosti. Výsledkem tohoto fenoménu je větší náchylnost k vývojovým poruchám.
Kůra mozková představuje 2-5mm širokou vrstvu, tvořící pět párů laloků. Buněčná struktura je uspořádána do šesti vrstev. Obě mozkové hemisféry nejsou anatomicky ani funkčně identické. Podle řady teorií, se významně liší právě jejich funkce. Dříve byla levá hemisféra spojována více s analytickými informačními procesy a se zpracováním symbolických informací jako např. matematika, zatímco pravá hemisféra byla
spojována s emotivními a intuitivními procesy. V současné době však převládá názor, že výměna informací mezi hemisférami je taková, že všechny funkce jsou založeny téměř stejně v obou hemisférách. Nicméně při řízení pohybu se ukazuje, že dominantní horní končetina je výkonnější při rychlých koordinovaných pohybech, zatímco
nedominantní horní končetina je výkonnější při pohybech vyžadujících větší posturální komponentu (Sainburg, 2005). Na počátku dvacátého století, rozdělil Brodmann mozkovou kůru do 52 areí. Později se však ukázalo, že toto členění není úplně
opodstatněné, ale topografické dělení zůstalo a je využíváno dodnes. Ve vztahu k řízení pohybu byly popsány tři základní oblasti cortexu: primární motorická area,
premotorická area a suplementární motorická area ( Latash, 2008). Bývá však využíváno i dělení na primární, sekundární a terciální motorické korové oblasti.
Přičemž terciální motorický kortex je reprezentován prefrontální oblastí a pre suplementární motorickou oblastí.
Sekundární motorické oblasti zahrnují suplementární motorickou areu, premotorický cortex a posteriorní parietální cortex. Viz. obr. č. 4.
28
Obr. č. 4: Významné kortikální motorické oblasti (Navarro Scaliante, 2013)
Funkce jednotlivých částí motorického cortexu
Primární motorická area: Primární motorická area se nachází v oblasti precentrálního cortexu a představuje jeden z pólů corticospinálního traktu, čímž hraje významnou roli při řízení volního pohybu. Její funkční vyhranění je dáno uspořádáním do tzv.
homunculu. Funkce primární motorické oblasti byla dříve spojována s aktivací jednotlivých svalů. Dnes se spíše uvádí, že tato kortikální oblast řídí individuální pohyby nebo jednoduché sekvence pohybů a k nim přiřazuje aktivaci potřebných svalových skupin. Míšní α-motoneurony pak kódují sílu kontrakce skupin svalových vláken. Primární motorický cortex jakoby „předává“ a kóduje parametry, které definují individuální pohyb, jako např. sílu pohybu, směr pohybu, rozsah pohybu a rychlost pohybu. Bylo prokázáno, že aktivace primární motorické oblasti kortexu nastává 5-100 ms před provedením pohybu (Latash, 2008; Knierim, 2013).
Sekundární motorické oblasti:
Premotorický kortex: Premotorické oblasti se významně podílejí na řízení
multikloubního pohybu. Poškození premotorického kortexu se obvykle projevuje obtížemi využít externí informace (např. vizuální), při řízení pohybu. Jeho funkce je významná při plánování pohybu a přípravě na něj (Diamond, 2000). Další významnou funkcí je spojování senzorických aspektů situace a pohybu (zrcadlové neurony)
29
(Knierim, 2013). Premotorický kortex je zapojen do signalizace adekvátnosti motorického projevu vzhledem ke kontextu (Knierim, 2013).
Suplementární motorická area: je spojována s využitím motorické paměti a schopností bimanuální koordinace (Latash, 2008). Dále je funkčně dávána do souvislosti
s generováním pohybových sekvencí a mentálním nácvikem sekvencí pohybů
(Diamond, 2000; Roland, 1980). Suplementární motorický kortex je rovněž spojován s transformováním kinematických informací o pohybu na dynamické (Knierim, 2013).
Parietální cortex: Je funkčně zapojen do integrace senzorických systémů a
zpětnovazebných procesů. Jednou z důležitých funkcí je orientace pohybu v prostoru a kinestezie. Parietální cortex je zapojen do adekvátního zacílení pohybu k předmětu v prostoru (Gogtay, 2004; Diamond, 2000).
Terciální motorické oblasti:
Prefrontální cortex: Je to významná asociační oblast. Důležitá je zejména schopnost asociace mezi zrakovými podněty a motorickým požadavkem. Další významnou funkcí této části CNS je přiřazování adekvátní akce v kontextu s chováním (Diamond, 2000;
Fuster, 1988).
Pre-suplementární motorická area je významně spojena s motorickou pamětí. Více v kapitole o motorickém učení.
Kůra mozková a její funkce je středem zájmu řady vědců, avšak nadále je její způsob řízení opředen mnoha nejasnostmi. Obecně jsou funkce kůry mozkové spojovány s vyšší nervovou aktivitou, zahrnující interpretaci senzorických informací, rozhodovací procesy, kontrolu volního pohybu a vnímání.
Funkční vývoj kůry mozkové
Lze říci, že fylogeneticky starší oblasti kůry mozkové dozrávají dříve než oblasti vývojově novější (Gogtay, 2004). Sekvence zrání jednotlivých částí odpovídá schopnostem a dovednostem jedince v průběhu vývoje (Gogtay, 2004). Z funkčního hlediska dozrávají nejpozději oblasti, jejichž aktivita souvisí s integrací a zpracováním informací v mnoha „senzorických“ podobách. Na příkladu zrání temporální oblasti cortexu to ukazuje Gogtay (2004), podle něhož dozrává právě tato asociační a
integrativní oblast jako poslední. Viz. Obr. a tab. Na MRI studiích hodnotících vývoj objemu šedé hmoty mozkové byla rovněž patrna asymetrie v dynamice zrání hemisfér.
30
Levá hemisféra prokazovala časnější úbytek šedé hmoty mozkové zejména v oblastech prefrontálního a parietálního cortexu, které jsou funkčně spojovány s koordinací a kinestezií. Je tedy zřejmé, že dominantní hemisféra maturuje dříve, než nedominantní (Gogtay, 2004).
Obr. č. 5: anatomický vývoj objemu šedé kůry mozkové od 4 – 21 let. Snižování objemu šedé kůry mozkové je známkou maturace. Převzato z (Gogtay, 2004).
Tab. č. 5: Funkční vývoj cortexu – pořadí zrání jednotlivých oblastí (Gogtay, 2004)
pořadí oblast funkce Období maturace
1. Frontální a okcipitální pól Chuť, čich, zrak Před 4. rokem života
2. Primární senzorická a motorická area
Volní motorika, sensorické fce.
Kolem 10. Roku života
3. Parietální oblast Orientace v prostoru, vizuální a taktilní vnímání, řeč, jazyk, pozornost
Kolem 16 roku
4. Frontální lalok Pozornost, rozhodovací funkce, koordinace
Do 20. roku života
31 5. Temporální lalok,
prefrontální cortex a inferiorní parietální cortex
Heteromodální asociační funkce, integrace paměti, audiovizuální asociace.
Maturace těchto oblastí není ukončena před 20. rokem.
Shrneme-li tyto poznatky, je zřejmé, že asociační a integrativní části cortexu maturují až po somatosenzorickém a zrakovém cortexu a to až v druhé dekádě života či dokonce později viz. obr č. 5 a tab. č. 5.
Informace vstupující do kůry mozkové:
Motorická area získává informace zejména z ostatních částí kůry mozkové ( kortiko – kortikální spojení) Pro motorický vývoj je velice důležitá zejména oblast parietálního kortexu, která nám přináší kinestetické informace, spojené s percepcí a polohou končetin v prostoru. Parietální oblast kůry mozkové je rovněž spojována s účastí na porozumění řeči a verbálním vyjádření myšlenky a emocí. Oblast frontálního cortexu přináší informace o plánování, rozhodování, emocích a verbální komunikaci. Motorická area získává rovněž informace z Thalamu prostřednictvím thalamo-cortikálních drah.
Thalamus dle předpokladů hraje klíčovou roli v senzomotorické integraci. Zpracovává informace ze senzorických systémů (Latash, 2008; Véle, 2006).
Obr. č. 6: Motorické oblasti kůry mozkové a její hlavní informační vstupy (Latash, 2008) str. 144
32 Descendentní dráhy kůry mozkové
Informace vystupující z kůry mozkové představují jakýsi kompletní tok informací do bazálních ganglií, cerebella, thalamu, retikulární formace a míchy. Projekce z kůry mozkové může probíhat buďto přímo, přes míchu – dráha pyramidová, nebo nepřímo přes dráhu extrapyramidovou (Latash, 2008).
Obr.č. 7: Výstupní informace z kůry mozkové (Latash, 2008) str. 145
Bazální ganglia – funkce
Funkčnost bazálních ganglií při řízení pohybu je do značné míry uváděna jako
hypotetická. Bazálním gangliím je přisuzována aktivita při iniciaci volního pohybu ve smyslu vybírání a modulování motorických programů uložených v kortexu. Bazální ganglia zprostředkují odpovídající motorický požadavek hierarchicky nižším úrovním řízení a potlačují využití nevhodných motorických map. Za funkčně významné jsou považovány descendentní spojení s thalamem, které jsou inhibiční povahy a prakticky se odráží na inhibici mimovolných pohybů. Kvalitativně se funkčnost bazálních ganglií odráží při sekvenci několika různých pohybů (Latash, 2008; Knierim, 2013). Bazální ganglia byla rovněž spojována s kognitivními funkcemi a pamětí. Významné jsou opět spojení s oblastí prefrontálního cortexu a limbického cortexu. Způsob řízení je
předpokládán stejným způsobem jako u motorických funkcí. Je tedy zásadní selekce
33
adekvátních kognitivních, rozhodovacích a emočních map (Knierim, 2013). Funkční zrání bazálních ganglií je plně ukončeno v druhé dekádě života, což je dáno spojením s asociačními oblastmi kortexu, které maturují právě v takto pozdním období. Zejména důležité je spojení mozečku, thalamu, bazálních ganglií a prefrontálního a
premotorického kortexu. Viz. Obr. 8. V dětském věku jsou rozdíly v řízení patrny zejména na horší inhibici neadekvátních automatických pohybů při přípravě na volní pohyb. U dospělých spatřujeme schopnost optimalizovat přípravu a provést plynulý, nepřerušovaný pohyb. Této dovednosti je plně dosahováno obvykle mezi 15-20 rokem života. V případě přerušovaných pohybů dochází k aktivaci bazálních ganglií dříve, a to již kolem 12 roku života. Bylo zjištěno, že u mladších dětí je namísto tohoto vyššího způsobu řízení kompenzačně využíváno vizuo-prostorových informací k udržení co nejadekvátnějšího pohybu (Luna et al., 2001).
Obr. č. 8: Hlavní dráhy spojující bazální ganglia a kůru mozkovou (Latash, 2008) str.
165
34 Thalamus
Thalamus je funkčně připodobňován k přepojovací stanici mezi senzorickými systémy a kůrou mozkovou. Thalamus zprostředkovává informace mezi řadou subkortikálních oblastí a cortexem. Všechny senzorické informace vyjma čichu, prochází přes thalamická jádra (Knierim, 2013). Thalamus zprostředkovává i zpětnovazebné informace vycházející z kůry mozkové. Somatosenzorická percepce je vzhledem k řízení pohybu velmi důležitá. Informace této povahy vedou z thalamu do somatosenzorického cortexu, tam vytváří senzorické mapy, které jsou později využívány k vědomé percepci a tyto kinestetické informace mohou být využity ke kontrole volního pohybu. Další funkce thalamu jsou vztahovány k paměti nebo např.
jeho spojení s hippocampem vede k odlišení stavu vědomí. Při poruchách thalamu byly rovněž pozorovány okohybné dysfunkce (Latash, 2008).
Cerebellum
V cerebellu se nachází více typů neuronů, než v ostatních částech mozku. Mozeček má velmi pravidelnou strukturu a uspořádání. Lidský mozeček je složen ze dvou hemisfér a vermisu. Tři páry jader jsou uloženy symetricky vůči střední ose (nc.fastigii,
nc.interpositus, nc.dentate). Tři páry širokých vláknitých drah jsou nazývány cerebelární peduncly a obsahují jak aferentní tak eferentní vlákna spojující mozeček se zbytkem CNS. Drtivá většina vláken je však aferentních a to v poměru přibližně 40:1. Aferentní, vstupní informace přichází do mozečku přes mechové a šplhací buňky z mozkových jader a míchy. Vstupní vlákna představují směs ascendentních a descendentních signálů.
Spinocerebelární trakt je významný pro kvalitativní podobu pohybu a přináší do mozečku somatosenzorické informace.
Dále pak cerebellum pracuje s příchozími zdroji vestibulárními, vizuálními a
auditivními. Eferentní vlákna vycházející z mozečku, jsou většinou inhibiční povahy a jsou generována Purkyňovými buňkami, které zasahují až do vestibulárních a
cerebellárních jader. Vlákna vycházející z těchto jader pak přenášejí informace na jiné části mozku a míchy. Všechna tři jádra mozečku posílají informace do thalamu a odtud do mozkové kůry. Jádra cerebella jsou rovněž komunikačně spojena se středním mozkem, mozkovým kmenem a míchou. Mozeček tak představuje jakýsi
„regulátor“ informací (Latash, 2008)
35
Poznatků o funkci cerebella a jeho vlivu na jednotlivé tělesné funkce není mnoho.
Informace jsou často nejednotné a neúplné. Existuje řada teorií o vlivu mozečku při řízení pohybu. Všechny tyto teorie však byly vybudovány na základě experimentálních poznatků u pacientů s mozečkovou lézí, nebo u uměle vyprovokovaných cerebellárních dysfunkcí na zvířatech. Mozeček byl nejprve popsán jako zodpovědný za timing a správné pořadí zapojení jednotlivých svalů při pohybu. Obecně je často přirovnáván k jakýmsi „vnitřním hodinám“.
Jedna z dalších teorií o funkci mozečku hovoří o částečném podílu cerebella na tvorbě a zálohování vnitřních modelů pohybu v konfrontaci s informacemi ze senzorických systémů. Mozeček se tak stává důležitým pro zapamatování si jednotlivých motorických dovedností. A účastní se tak motorického učení (Diamond, 2000). Mozeček je
nezbytný jako koordinátor při multikloubním nebo multikončetinovém pohybu.
Výsledkem jeho funkce je tvorba motorických synergií. Dále je neopomenutelný jeho vliv na vyhodnocení a porovnání motorického záměru s výsledným pohybem. Mozeček působí jako jakýsi korektor a koordinátor všech vstupních informací přicházejících z míchy a ostatních částí CNS a účastní se při zpětnovazebných kontrolních procesech (Latash, 2008). Je tedy významný pro posturální zajištění a balanci. Na základě
některých výzkumů jsou cerebelární funkce v úzké souvislosti s kognitivním vývojem a to zejména z důvodu funkčních vztahů s prefrontální částí cortexu. Výsledkem této vazby je schopnost předvídat události – anticipovat pohyb. Bylo rovněž popsáno, že aktivita cerebella je významnější při provádění nových pohybů, které vyžadují
soustředění (Diamond,2000). Funkční maturace fylogeneticky nejnovější části mozečku, neocerebela je udávána až po 10. roce života, v období puberty (Diamond,2000). Lze tedy usuzovat, že právě tyto mozečkové funkce, které jsou vázány na prefrontální asociační oblast cortexu, budou nabývat své funkčnosti až v druhé dekádě života (Diamond,2000). Maturace fylogeneticky mladší části paleocerebela je udávána různými autory v rozmezí 4-7 roku života (Véle, 2006; Hadders-Algra, 2010).
2. 2. 3. MOTORICKÉ UČENÍ – MOTORICKÁ PAMĚŤ
Proces motorického učení a učení vůbec, probíhá v období časného dětství za velmi výhodných podmínek co do rychlosti ukládání motorických map, díky vysokému počtu synapsí. Motorické učení představuje příklad nedeklarativní paměti. Znamená to, že
36
předmětem učení je způsob provedení úkolu, nikoliv konkrétní předmět. Motorické dovednosti jsou výsledkem našich zkušeností, nikoliv znalostí (Hikosaka, 2002). Dle některých autorů je termín „motorické učení“ zavádějící a neměl by být vyčleňován od ostatních principů učení (Thompson et al., 2006).
Kolem motorického učení vzniká řada mezioborových výzkumů a lze na něj nahlížet z mnoha úhlů pohledu. Byla popsána řada teorií týkajících se motorického učení,
přičemž každá z nich přináší do problematiky novou terminologii. Je tedy velmi obtížné se v této oblasti zorientovat.
V případě motorického učení je zásadní otázka, co vůbec je předmětem učení? S touto problematikou úzce souvisí termín motorický program a bývá nejčastější odpovědí na tuto otázku.
Motorický program samotný je však rovněž velmi sporadický termín. Představuje hypotetické proměnné uložené v paměti, které jsou převedeny na motorický vzor a jsou vyvolány v případě potřeby (Latash, 2008). Co přesně za informace motorický program představuje je však velmi nejasné. Je rovněž diskutován vliv percepce na vzorce
motorických dovedností. První úvahy o motorických programech zahrnovaly představy o přesném pořadí zapojení svalů při cíleném pohybu. Předpokládalo se, že pohybový cíl je zakódován v asociačních oblastech cortexu a finální požadavek je následně
vyhodnocen motorickým kortexem (Keele, 1968). Tyto myšlenky však byly zpochybněny (Latash, 1998). Nejnovější teorie vnímají motorický program jako víceúrovňový systém zahrnující jak korové, tak podkorové oblasti centrálního
nervového systému (Morris et al., 1994). Motorické programy jsou tak spojovány více s kognitivními procesy motorického plánování a motivace k pohybu. Aktuálně je kladen důraz na variabilitu pohybu v souladu s teorií dynamických systémů. Velmi
systematicky popsal model řízení Edelman, vice na str. (Edelman, 1993). V jeho vývojové teorii jsou zmíněny rovněž základní principy motorického učení, založené na organizaci neuronových spojení do tzv. map, které představují funkční jednotku.
Obecně jsou odlišovány dva způsoby motorického učení. Tím prvním je tzv. učení explicitní. Jedná se o vědomé vybavení si dřívějších zkušeností, které jsou dále využívány k nácviku nové motorické dovednosti (Halsband et al., 2006). U explicitní paměti je podstatné, že osvojované informace musejí před vštípením projít vědomím.
Jedná se o způsob učení, který je využíván více u starších dětí a u dospělých k cílenému nácviku pohybové dovednosti. Druhým možným způsobem motorického učení je tzv.
učení implicitní, které je charakteristické neúmyslnou, nevědomou změnou
37
v motorickém chování (Halsband et al, 2006). Implicitní paměť obsahuje všechno, co si nevybavujeme vědomě. Patří sem například emoční a jazyková paměť. Pod implicitní paměť také spadá senzomotorické učení. Reflexy a návyky jsou rovněž následkem paměti implicitní (Králíček, 2002).
Podle doby potřebné k osvojování si nových motorických dovedností, můžeme rozdělit proces motorického učení do tří stádií (Halsband et al.,2006; Wolpert et al.,2001).
1) Stádium iniciální: Je charakteristické nižším výkonem, pohyb je vykonáván pod uzavřenou senzorickou kontrolou, rozsah pohybu je nepravidelný, směr pohybu je různý a čas provedení je velmi variabilní. Pomocí metody pokus/omyl je hledána odpovídající motorická reakce. Kritická podmínka pro tuto fázi je založení nové percepční informace s odpovídajícím motorickým požadavkem. Pro tuto ranou fázi učení je velmi důležitá externí zpětná vazba.
2) Stádium intermediální: S opakováním a zkušenostmi začíná být senzomotorická mapa silnější a je uložena v dlouhodobé paměti. Motorické učení je pokročilé, jsou již využívány existující senzory-motorické mapy. Zvyšuje se rychlost provedení pohybu.
Zpětnovazebné procesy se stávají méně podstatné. Vizuální podněty jsou transformovány správně a rychle na motorickou odpověď.
3) Stádium pokročilé: Pohyby jsou rychlé, automatizované, izochronní. Ke kontrole pohybu je využíváno celé široké pole senzorické kontroly (Halsband et al.,2006).
Motorické učení z pohledu neurofyziologie – CNS a jeho funkce při motorickém učení
Problematika motorického učení je v úzkých souvislostech s plasticitou centrálního nervového systému. Pro klinické využití je nezbytné popsat funkci jednotlivých oblastí CNS, podílejících se na procesu motorického učení. S motorickým učením jsou často dávány do souvislosti podkorové oblasti CNS a to zejména Cerebellum a bazální ganglia a samozřejmě i oblasti korové. Kromě centrálních mechanismů řízení je nutné zmínit širokou škálu senzorů a jejich inter-individuální rozdílnost v kvalitě zpracování senzorických vjemů, která se rovněž odráží na způsobu a rychlosti motorického učení.
Pro pochopení motorického učení je podstatné si uvědomit, že se nerodíme jako motorická „tabula rasa“, ale naše genetické, vrozené vzory motorického chování a anatomické dispozice představují startovní bod pro další motorický vývoj a tudíž pro motorické učení. Motorické učení je proces, který nás provází celý život a je důsledkem koadaptace nervového aparátu a strukturální anatomie.
