운동 기능(운동 제어 및 운동 학습)을 개선하기 위한 전략을 개발하려면 움직임(movement) 학습과 생성에 관련된 신경 과정과 중추신경계(CNS)에 영향을 미칠 수 있는 병리학에 대한 철저한 이해가 필요하다. 또한, CNS 침범에 따른 신경 가소성과 회복 과정에 대한 지식이 필수적이다. 이 정보를 통해 치료사는 조직적이고 정보에 입각한 방식으로 임상 의사 결정에 접근할 수 있다. 중추신경계 장애 환자들은 넓은 범위의 손상으로 인한 변화된 운동 기능, 활동 제한, 정상적 역할에서의 참여능력 제한을 자주 보인다. 인지, 감각지각, 운동, 행동학습에 대한 세심한 검사는 중재가 일어나는 환경적 맥락과 함께 계획을 세우기 위한 적절한 기초를 제공한다(운동 기능 검사, 운동 조절, 운동학습) 최적의 치료 계획(POC)은 환자의 개별 요구를 반영해야 한다. 여기에는 손상의 최소화 또는 제거, 활동 제한 및 신체 장애의 감소, 가능한 한 개인의 역할에 대한 완전한 참여를 촉진하는 것이 포함된다. 효과적인 치료 계획은 또한 전반적인 삶의 질을 향상시킨다.
Motor control
운동 조절은 "생명체(예: 인간) 움직임의 신경, 물리적, 행동적 측면에 대한 이해를 다루는 연구 영역"으로 정의되어 왔다.
인간의 운동 행동에 대한 정보 처리는 단계적으로 이루어진다(그림 10.1). 초기 단계인 자극 식별(identification)에서는 현재 신체 상태, 움직임 및 환경에 대한 관련 자극이 인식되고 선택된다. 여기에는 체성감각, 시각 및 전정 감각 입력이 포함됩니다. 과거의 감각 운동 경험에 기반하여 의미를 부여한다. 기억력, 주의력, 동기부여, 정서조절 등 지각과 인지과정은 모두 이 단계에서 정보처리의 용이성과 정확성을 보장하는 데 필수적인 역할을 한다. 관련 감각 입력의 선택은 받은 자극의 명확성과 강도에 민감하게 반응한다. 따라서 정확하고 강한 자극은 주의집중절차(attentional mechnism)과 정보 처리를 향상시킨다. 정보의 처리는는 자극 패턴의 복잡성에도 영향을 받는다. 복잡하고 새로운 자극 패턴은 자극들의 식별을 연장시킨다. 운동 행동에 대한 본질적인 지식(e.g., 사지의 위치, 사지의 길이, 목표와의 거리 등의 고유수용성 감각)은 운동 행동(behavior)의 중요한 특징이다.
움직임 조절 단계의 정보 처리 모델
출처: O'sullivan. physical rehabilitation and p.362
반응선택 단계에서는 움직임 계획이 수립된다. 운동 계획은 목적이 있는 움직임을 위한 계획 또는 발상으로 정의되며 운동 프로그램 요소로 구성된다. 미세한 반응보다 일반적인 반응, 즉 최종 움직임의 형태이다. 이 단계에서의 의사결정은 선택 가능한 다양한 대체 움직임과 자극과 반응 사이의 전체적인 호환성(compatibility)에 민감하다. 자극들과 반응 사이의 자연스럽고 확고하게 연결된 연관성(연합, association)은 의사 결정의 용이성을 향상시킨다. 예를 들어, 신호등을 보고 건너는 것과 같이 잘 학습된 움직임에서는 사람은 녹색 불에 쉽게 반응하여 앞으로 나간다. 신호등이 빨간불인데도 경찰관이 사람에게 앞으로 전진하라는 신호를 주면, 사람들은 나아가기 주저하는 반응을 보일 가능성이 높아진다.
마지막 단계는 반응 편성(response programming)이다. 신경 조절 센터는 운동프로그램을 통해 움직임에 대한 생각을 근육의 활동(수축)으로 변화시킨다. 운동 프로그램은 협응된 움직임 순서를 만들어내는 시작부터 끝까지의 추상적 혹은 관념적 표현(representation)으로 정의된다. 운동 프로그램의 구조화에는 시너지 구성 요소, 들, 힘, 방향, 타이밍, 기간과 움직임 크기와 같은 특별한 변수(parameters))에 대한 주의가 포함된다. 변수들의 특정은 개인, 과제, 환경을 기반으로 구성되고 제한된다. 이 단계의 정보 처리는 요구되는 움직임과 기간의 복잡성에 민감하게 영향을 받는다. 따라서 복잡하고 긴 움직임 순서(sequences)들은 이 단계에서의 처리 시간을 증가시킨다. 프로그래밍은 반응과 반응간의 호환성에서 영향을 받을 수 있다. 이는 동시에 발생하거나(걷으면서 공을 튀기는) 선택이 필요할 때(다른 움직임보다 반드시 먼저 반응되어야 하는 한 쌍의 움직임)와 같은 이중 움직임 과제를 위한 호환성이다. 반응의 실행 단계(움직임 실행) 동안, 적합한 자세 조절 기반(background)에 맞춰 움직임 패턴이 선택된다. Feedforwar control은 들어오는 감각에 대한 feedback이나 미래의 운동 명령을 위한 우리 몸의 일부(part of the system)를 준비시키려고 움직임에 앞서 신호를 보내는 것이다. 자세 활동(activitiy-BOS를 벗어난 COG의 움직임)에서 예상되는 조정과 수정들이 가능하다. Feedback은 움직임의 결과를 수정하고 확인하기 위해 움직임의 중간 혹은 움직임이 끝난 이후 받아들이는 반응에서 생성되는 감각정보이다. 그림과 같은 단순화된 모델의 정보 처리 과정이 선형으로 보이겠지만, 실제 CNS에서 일어나는 정보 처리 과정은 직렬과 병렬로 동시에 이루어진다. 따라서 정보를 처리하기 위해 특별한 경로(serial order)와 다중 경로(parallel order)로 나뉘어 하나 이상의 센터로 정보가 흐른다. 많은 경우, 움직임의 복잡함에 따라 직렬과 병령 처리를 모두 사용하여 정보 처리가 이루어지는 경우가 많다.
피질의 결합영역(association areas of the cortex)은 움직임 필요성을 결정한다. Premotor area (PMA) 와 supplementary motor areas (SMA) (collectively known as Area 6) 가 움직임 계획을 세운다. Primary motor cortesx(Area 4)는 precentral sulcus(전중심 고랑) 바로 앞에 위치하며 spinal cord와 brainsterm의 interneurons와 nuclei의 descending motor neuron(하행 운동 신경)으로 직접 또는 간접적으로 명령을 내린다. Subcortical input(피질하 입력)의 주요 소스는 cortex에서 basal ganglia를 거쳐 cortex이고, 주로 dorsal thalamus의 ventral lateral nucleus(VL)을 통해 SMA로 가는 주요 loop이다.
serial order: cortex - basal ganglia - cortex
parallel order: - thalamus - SMA - cortex
이 고리는 수의적 움직임들의 시작과 선택을 돕는 역할을 한다. 두 번째 운동 고리는 cortex에서 lateral cerebellum을 지나 thalamus의 VL을 통해 다시 cortex로 돌아온다. 이 고리는 수의적 움직임의 생성에 관여하며 계획되고 협응된 다관절 움직임들(방향, 타이밍 및 힘)의 실행에 관여한다. Descending pathways(하행 경로)를 발생하는 신경들을 Upper motor neurons(상위운동신경)이라 한다. Lateral UMN 은 corticospinal tracts을 통해 수의적인 움직임들의 조절에 관여한다. UMN 는 brianstem 의 신경 하위 시스템의 연결로 간접적 조절에도 과연한다. The reticulospinal tract 과 rubrospinal tract도 수의적인 움직임들에 영향을 줍니다. Tectospinal tract은 superior colliculus에서 cervical level까지 내려가며 머리를 반사적으로 돌리는데 중요하게 작용합니다. The vestibulospinal tractsdms 은 머리 움직임들과 자세 조절에 관여합니다. The ventral horn of the spinal cord motor neuron(LMN, peripheral nerve)을 발생합니다. 근섬유의 활동은 motor unit에서 발생한다.
