Einfluss von sensorischer Information und Zeitvorgaben auf Greifbewegungen und deren Modifikation unter veränderter Schwerkraft

Dissertation / Doktorarbeit von Michaela Girgenrath

Einleitung:

Die vorliegende Arbeit untersuchte die drei verschiedenen Komponenten von Greifbewegungen: In der Transportkomponente wird der Arm in die Nähe des Objektes geführt, in der Greifkomponente formt sich die Hand in Abhängigkeit von der Größe, Form und Orientierung des Objektes und in der Kraftkomponente wird eine Kraft auf das Objekt ausgeübt, um es festzuhalten oder eine Manipulation vorzunehmen.

Verschiedene Faktoren können die Durchführung von Greifbewegungen beeinflussen. Besonders die Verfügbarkeit sensorischer Rückmeldung und Anforderungen an die Zeit und Genauigkeit scheinen dabei eine Rolle zu spielen. Weiterhin ist eine erhebliche Anpassungsfähigkeit von Greifbewegungen an ständig wechselnde Bedingungen erforderlich. Eine extreme Veränderung von Umweltbedingungen stellen beispielsweise Veränderung der Schwerkraft dar.

Diese Faktoren wurden in drei verschiedenen Experimenten für die drei Komponenten von Greifbewegungen betrachtet. Die ersten beiden Experimente analysierten die Transport- und die Greifkomponente und untersuchten den Einfluss der Verfügbarkeit sensorischer Informationen (Exp.1) und die Zeit-Genauigkeitsrelation (Exp.2). Beide Experimente wurden zusätzlich in Schwerelosigkeit durchgeführt. Exp.3 beschäftigte sich mit der Kraftkomponente und untersuchte isometrische Kraftproduktionen und deren Veränderung in erhöhter Schwerkraft. Die Experimente in Schwerelosigkeit wurden während Parabelflügen durchgeführt, die erhöhte Schwerkraft wurde durch eine Beschleunigung der Probanden in einer Zentrifuge erreicht.

Sowohl visuelle als auch taktile Informationen beeinflussten sowohl die Greif- als auch die Transportkomponente. Die Verfügbarkeit sensorischer Rückmeldung wirkte sich verkürzend auf die Reaktionszeit und Bewegungsdauer aus und verringerte die Variabilität der maximalen Apertur und der End-Position. Eine vergrößerte Apertur konnte für Bewegungen ohne visuelle Rückmeldung beobachtet werden. Als Ursache für diese Veränderungen wurden die Aufgabenkomplexität, Korrekturbewegungen und Kompensationsmechanismen diskutiert. Veränderungen aufgrund der Schwerelosigkeit wurden hauptsächlich bezüglich einer vergrößerten maximalen Apertur und einer erhöhten Variabilität der Transportkomponente festgestellt. Die Bedeutung sensorischer Rückmeldung schien dabei hauptsächlich für die zeitlichen Variablen eine Rolle zu spielen.

Die Existenz einer Zeit-Genauigkeitsrelation konnte auch für Greifbewegungen bestätigt werden. Während die Transportkomponente allerdings einen nahezu linearen Anstieg der Variabilität aufwies, erfolgte dies in der Greifkomponente nur für sehr schnelle Bewegungen mit einer Bewegungsdauer < 400 ms. Dieses Ergebnis weist auf eine ausgeprägte Fähigkeit der Greifkomponente hin, sich an erschwerte Bedingungen anzupassen. Diese wurde auch für die Betrachtung der Zeit-Genauigkeitsrelation in Schwerelosigkeit beobachtet, in der keine Veränderung festzustellen war.

Für die Betrachtung der Kraftkomponente in erhöhter Schwerkraft ergab sich als wesentlichstes Ergebnis eine erhöhte Kraftproduktion in 3 G. Dieser Kraftanstieg war prozentual gesehen am höchsten für die initiale Kraft und schwächer für die maximale Kraft und die End-Kraft. Als Ursache wurden deshalb sowohl zentrale Prozesse, wie ein Veränderung der Sensitivität für die Muskelspindeln, als auch auf sensorischer Rückmeldung basierende Mechanismen vorgeschlagen.

Die Ergebnisse dieser Arbeit sind von Bedeutung aufgrund der Relevanz von Greifbewegungen in Alltag, Sport und Berufsleben. Alle drei untersuchten Faktoren gemeinsam (sensorische Rückmeldung, Zeit-Genauigkeitsrelation und Schwerkraft) besitzen eine hohe praktische Relevanz für Astronauten und Jetpiloten, da gerade in diesen Berufsfeldern eine hohe Qualität für die Ausführung von Greifbewegungen unter erschwerten Bedingungen erforderlich ist.

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