Motorisches Lernen und Kontrollmodelle 2

Lernziele der 2. Vorlesung im Modul -0001

• Open- und Closed-Loop Modelle
• Wichtige Hirnareale für die Planung/Ausführung von Bewegungen
• Klassisches/Operante Konditionierung
• Motorisches Lernen vs. Motorische Adaptation
• Phasenmodelle zum motorischen Lernen
• Konsolidierung vs. Retention im motorischen Lernprozess

Fachbegriffe der Sportmotorik

• Motorische Kontrolle: Die motorische Kontrolle betrifft die internen Steuerungs- und Regulationsmechanismen, die dem äußerlich sichtbarem Bewegungsverhalten zugrunde liegen.

Open-loop Modell der Bewegung

• Einmaliges Ausführen einer Bewegung (z.B. Speerwurf), ohne erneute Anpassung.
• Steuerungszentrum sendet Bewegungskommandos an die Effektoren (Muskeln).
• Keine Rückmeldung während der Bewegung.
• Bewegungsausführung ist nicht veränderbar (bis ca. 200 ms bzw. kurze Bewegungen wie Schläge, Sprünge, Würfe).

Closed-loop Modell der Bewegung

• Bewegungen kommen Schritt für Schritt (iterativ) zustande.
• Steuerungszentrum sendet Bewegungskommandos an Effektoren.
• Feedback-Mechanismen (Re-Afferenzen) ermöglichen Anpassungen.
• Der Ablauf der Bewegung kann nach Rückmeldung angepasst werden.

Vergleich zwischen open- und closed-loop Modellen

• Closed-loop: Betrifft langsame, komplexe Bewegungen (Feedback >200 ms). Bewegungsabläufe können angepasst werden.
• Open-loop: Betrifft schnelle, vorprogrammierte Bewegungen (<200 ms). Ein generalisiertes motorisches Programm wird vorausgesetzt. Bewegungsabläufe sind nicht veränderbar.

Das (generalisierte) motorische Programm (GMP)

• Abstrakter, mentaler Code, der die Ausführung einer Bewegung steuert (z. B. ein Schlagwurf)
• Nicht jeder Bewegungsablauf wird gespeichert, das Programm wird lediglich situationsabhängig angepasst.
• Beispiel: Golfschlag (Pitch), abhängig von der jeweiligen Situation. (Messwerte bezüglich Abschwung u. Aufschwung von 50- vs. 100m- Pitch (graphische Darstellung der Zeiten/Prozent)

Kritik am Konzept der motorischen Programme

• Speicherproblem: unendliche Programme müssten zentral abgelegt werden.
• Erlernen von Bewegungen: Es entsteht noch kein Programm.
• Physiologische Korrelate: Hirnplastizität.
• Anpassungen an die Situation, die neue Umgebung.

Rückblick: Sportliche Leistung

• Sportliche Leistung ist beeinflusst von Altersentwicklung, konditionellen und koordinativen Eigenschaften sowie der Motivation und kognitiven Faktoren.

Die Rolle des Gehirns

• Willkürliche Bewegungen werden vom Großhirn größtenteils gesteuert.
• Das Gehirn ist die Kommandozentrale für Bewegungen und kann durch Lernen verändert werden (Neuroplastizität).

Das Gehirn: Strukturen und Hemisphären

• Das menschliche Gehirn besteht aus zwei Hemisphären, die durch das Corpus callosum verbunden sind.
• Die graue Substanz beinhaltet ca. 100 Milliarden Neuronen und 100 Billionen Synapsen.
• Die weiße Substanz besteht aus Gliazellen und myelinisierten Axonen.

Das Gehirn: (Grobe) Anatomische Unterteilung in 4 Bereiche

• Stirnlappen, Scheitellappen, Schläfenlappen, Hinterhauptslappen
• Gyri (Ausbuchtungen), Sulci (Einbuchtungen)
• Nervenzellen, Weiße Substanz (Nervenfasern)

Basalganglien und Cerebellum

• Das Cerebellum erhält permanente sensorische Informationen über Körperhaltungen und Lage von Extremitäten.
• Hauptaufgaben: Zeitliche Strukturierung schneller Bewegungen, Feinkoordination, Gleichgewichtsregulation und Kontrolle von stützmotorischen Bewegungsanteilen.

Motorisches Lernen

• Definition, Informationsverarbeitung, Phasen, Besonderheiten

Allgemeine Definition von "Lernen"

• Erwerb von geistigen, körperlichen und sozialen Kenntnissen und Fertigkeiten, durch Erfahrung, Einsicht und Verständnis
• Unterscheidung in intentionales Lernen and Inzidentelles Lernen (explizit vs. implizit)

Modellhafte Beschreibungen von (Bewegungs-) Lernen: Klassische Ansätze

• Operante Konditionierung (B.F. Skinner): Lernen durch kontinuierliche Verstärkung (reward).
• Klassische Konditionierung (Ivan Pavlov): Lernen als passive Lernform (Assoziation von Reizen).

Motorisches Lernen…

• Kennzeichen des Erwerbs von Bewegungsfertigkeiten (durch Übung und Erfahrung).
• (meist) nicht beobachtbar, hypothetisches Konstrukt.
• durch relativ dauerhafte Veränderung des motorischen Verhaltens.

Motorisches Lernen…

• Kann bewusst (explizit) oder unbewusst (implizit) ablaufen.
• Verläuft in Phasen (z.B. Phasenmodell Meinel-Schnabel).
• Charakterisiert durch Automatisierung (gegen Ende des Lernprozesses).
• Verändert das Gehirn. Optimiert Bewegungsabläufe.

Fertigkeitslernen vs. Adaptation

• Fertigkeitslernen: Erwerb von feinen Bewegungen, Entwicklung eines motorischen Programms.
• Motorische Adaptation: Anpassung an veränderte Umweltbedingungen, Veränderung des Bewegungsablaufs zur Bewältigung der neuen Situation

Fertigkeitslernen vs. Adaptation (2)

• Fertigkeitslernen: Erweiterung des sensomotorischen Systems durch einen neuen motorischen Plan.
• Motorische Adaptation: Wiederherstellung eines ursprünglichen Zustandes nach einer Störung, keine neue Fertigkeit.

Fertigkeitslernen („motor skill learning“)

• Relativ dauerhafte Veränderung des Bewegungsverhaltens.

Motorische Adaptation

• Modifikationen von (gelernten) Bewegungsabläufen auf wechselnde Umwelteinflüsse. (kurzfristiger und reversibler Prozess)
• Anpassung an veränderte Umwelt.

Motorisches Lernen – Wie lernt man sportbezogene Fertigkeiten?!

• Aneignung (Neulernen)
• Überlernen (weiteres Üben, Verbesserung)
• Optimierung (Anpassung an veränderte Bedingungen)
• Automatisierung (Verinnerlichung, geringe Aufmerksamkeit)

Motorisches Lernen und Lehrkonzepte (Analytisch-Synthetische Methode)

• Zerlegung komplexer Bewegung in Teilbewegungen,
• Verringerung der Programmlänge und Breite (vereinfachte Bewegungsabläufe)
• Beispiel: Speerwurf, Schwimmen

Motorisches Lernen und Lehrkonzepte (Ganzheitliche Methode)

• Lernen einer komplexen Bewegung als Ganzes.
• Induktive Methode: Lernen durch eigene Erfahrung.
• Deduktive Methode: Lernen mit Anweisungen.

Verläufe von motorischem Lernen

• Lernverläufe sind individuell unterschiedlich.
• Verlauf hängt von Komplexität der Aufgabe ab. Arten von Verlaufskurven: linear, positiv beschleunigt, negativ beschleunigt.

Motorische Lernkurve mit Phaseneinteilung

• 5 Phasenmodell nach Pöhlmann (2005): schnelle, langsame Lernphase, Einstellung, Aneignung, Perfektionierung, variable Anpassungs-/Umstellungsphase.
• Berücksichtigung von Zeitfaktor und Leistungssteigerung

Modelle zum motorischen Lernen

• Drei-Phasen-Modell nach Meinel/Schnabel:
  • Entwicklung der Grobkoordination
  • Entwicklung der Feinkoordination
  • Stabilisierung der Feinkoordination und variable Verfügbarkeit.

Motorisches Lernen – Die wichtigsten Lernphasen (1. Phase)

• Entwicklung der Grobkoordination: Beginn der Bewegung, spezifisches Bewegungsgefühl existiert noch nicht.
• Fehlerhafte Gliederung durch überflüssige Begleitbewegungen und hoher Energieaufwand. Hohe Konzentrationsanforderungen.

Motorisches Lernen – Die wichtigsten Lernphasen (2. Phase)

• Entwicklung der Feinkoordination: Entstehung von Bewegungsteilentwürfen.
• Verbesserung des Bewegungsgefühls und bessere Zusammenspiel von Kräften und Teilbewegungen. Geringerer Konzentrationsaufwand.

Motorisches Lernen – Die wichtigsten Lernphasen (3. Phase)

• Stabilisierung der Feinkoordination und variable Verfügbarkeit: Bewegung auch unter schwierigen Bedingungen sicher ausführen.
• Reduzierte Aufmerksamkeit auf die Bewegung selbst.

Motorisches Lernen – Alternatives Erklärungsmodell (biomechanisch)

• Drei-Phasen-Modell nach Bernstein: Freezing, Releasing, Exploiting und die hierarchische Steuerung von Freiheitsgraden, ein komplexere Lösung.

Motorisches Lernen – Konsolidierung und Retention

• Konsolidierung (Verfestigung): kurzfristige Verbesserung.
• Wichtig: Schlafphase, Wiederholungsrate,
• Retention: Langfristige Beibehaltung. Wichtig sind: Belohnung, Reihung, Pausengestaltung

Einfluss von Schlaf auf motorisches Lernen

• Schlafphase ist ausschlaggebend für die Konsolidierung des gelernten.

Motorisches Lernen - Retention

• Leistungsverbesserung ist langfristig möglich.
• Retention hängt von der Komplexität der Aufgabe und der Übungszeit ab.