Mechanismy a aplikace motorického učení v rehabilitaci

Souhrn

Článek shrnuje recentní informace o motorickém učení v kontextu rehabilitace. Jeho cílem je provázání teoretických znalostí s praktickou problematikou. Teoretické podklady článku zahrnují rozlišení typů motorického učení, popis jeho jednotlivých fází a zúčastněných neuroanatomických struktur. Na ně navazuje seznámení s prakticky využitelnými přístupy explicitního a implicitního motorického učení, vnějšími faktory, jimiž lze ovlivnit úspěšnost motorického učení a způsoby jejího hodnocení. V závěru článku jsou stručně představeny některé z rehabilitačních metod, založených na principu motorického učení.

Klíčová slova:

motorické učení – druhy motorického učení – vnější zpětná vazba – faktory ovlivňující motorické učení

ÚVOD

Principy motorického učení jsou v současné době nahlíženy z nové perspektivy, a to díky možnostem moderních zobrazovacích metod, jako je funkční magnetická rezonance, pozitronová emisní tomografie, transkraniální magnetická stimulace a jiné. Ty zprostředkovávají neinvazivní studium neuroplasticity a jiných neuronálních mechanismů přímo na lidech a jsou dalším krokem k porozumění mechanismům motorického učení, na němž se do velké míry zakládá celá neurorehabilitace (8, 12).

DEFINICE MOTORICKÉHO UČENÍ

Motorické učení může být charakterizováno jako proces, během něhož se provedení jednotlivých pohybů či jejich sekvencí postupně stává snadným, a to díky jejich opakovanému nácviku a interakci s prostředím (4).

Volnější definici nabízí Shmuelof a Krakauer (18), podle nichž je motorické učení obecný pojem, zahrnující na praxi závislé jakékoliv zlepšení motorického výstupu pro definovanou proměnnou.

Součástí motorického učení je rovněž schopnost selekce správného pohybu v daném kontextu (7, 16). Samotný proces tohoto učení je přechodem od vědomě (explicitně) získané znalosti ke znalosti podvědomé, mimovolní (implicitní) (2).

UČENÍ MOTORICKÝCH SEKVENCÍ A SENZOMOTORICKÁ ADAPTACE

Většina autorů se shoduje na tom, že pojem motorického učení zahrnuje dva rozdílné prvky – učení motorických sekvencí, nebo také motorických dovedností, a senzomotorickou adaptaci. Při učení motorických sekvencí jedinec spojuje izolované pohyby do jednoho plynulého motorického úkonu (15). Kitago a Krakauer (6) tento typ učení popisují jako osvojování nových vzorců svalové aktivace a postupné zvyšování kvality provedení motorických úkonů odbouráváním chyb bez současného snížení rychlosti prováděného pohybu.

Naopak v případě senzomotorické adaptace jedinec modifikuje vlastní motorický výstup jako odpověď na změnu v senzorické aferenci či motorické eferenci. Příkladem může být změna motorického výstupu paže v reakci na rozdílnou dynamiku končetiny, držící určité břemeno (15). Senzomotorická adaptace také jinými slovy představuje reakci motorického systému na změněné vnější podmínky nebo na překážky, vyvolávající systematické chyby v provádění motorického úkonu (6, 18).

Na rozdíl od adaptace, které může být dosaženo během jediné tréninkové série, je získání motorické dovednosti otázkou intenzivního trénování s trváním v řádu dní, týdnů nebo i let, v závislosti na komplexnosti motorické sekvence (6).

MODELY MOTORICKÉHO UČENÍ

Proces motorického učení popisují autoři odborných publikací jako modely o různém počtu fází. Zde budou uvedeny dva z nich.

Často citovaný je Fittsův a Posnerův třístupňový model, který zahrnuje fázi kognitivní, asociativní a autonomní. Během první fáze se jedinec orientuje na motorický úkon po kognitivní stránce – např. jakým nejlepším způsobem nasednout na kolo, kde má být ruka v momentě, když noha bude v určité pozici a podobně. Současně jedinec vnímá instrukce a zpětnou vazbu druhé osoby, které rovněž kognitivně zpracovává. Součástí kognitivní fáze jsou časté chyby při provádění motorického úkonu (11).

Druhá fáze se nazývá asociativní. Člověk během ní rozpoznává vnitřní vztahy mezi jednotlivými komponentami pohybu a pokouší se propojit specifické podněty vnějšího prostředí s vlastními pohyby pro optimalizaci motorického výstupu. Díky osvojení základní mechaniky pohybu rozpoznává jedinec některé ze svých chyb a je schopen je korigovat. Obecně dochází ke snížení četnosti a velikosti chyb (1, 11).

Do závěrečné, autonomní fáze, dospějí jen někteří trénovaní jedinci, a to po intenzivním a dlouhodobém tréninku, který může trvat i v řádu let. Dovednost mají v této fázi již pod kontrolou a provádějí ji takřka automaticky i za různorodých zevních podmínek, aniž by na ní vědomě mysleli. Obvykle zvládají současně dělat i jiný úkon (např. psát na klávesnici a současně mluvit). V této fázi jsou jedinci schopni detekovat většinu vlastních chyb a opravují je, aniž by si při tom uvědomovali potřebné pohybové detaily, které mají již zautomatizované (1, 11).

Novější, pětistupňový model, představují ve své práci Doyon a Benali (4). V časné, neboli rychlé fázi (1), dochází k určitému zlepšení prováděné motorické aktivity již v rámci jediného tréninkového cyklu. Při pozdní fázi (2) je progrese pomalejší, patrná až s odstupem několika tréninkových cyklů. Ve fázi konsolidace (3) je možné pozorovat dvě alternativní známky progrese: buď dochází ke spontánnímu zlepšování (a to po více než šestihodinové latenci od předchozího tréninkového cyklu), nebo v časovém rozmezí čtyř až šesti hodin od předchozího tréninkového cyklu není patrné narušování dovednosti interferencí s dalšími aktivitami. Následující autonomní fáze (4) se vyznačuje minimalizací kognitivního zapojení jedince a rezistencí vůči interferenci s jinými aktivitami nebo časovému efektu. Poslední je fáze retence (5), při které jedinec zvládá dobře motorickou dovednost i s velkým časovým odstupem od posledního tréninku.

NEUROANATOMICKÉ STRUKTURY ZAPOJENÉ V MOTORICKÉM UČENÍ

Neuroanatomický podklad motorického učení je v současnosti předmětem zájmu řady studií, a to jak u zdravé populace, tak u pacientů s rozličnými neurologickými diagnózami. Zobrazovací metody odhalují v procesech motorického učení aktivitu mozečku, bazálních ganglií, motorických oblastí mozkové kůry, částí prefrontální a parietální mozkové kůry a limbického systému. Je pravděpodobné, že dynamické interakce mezi těmito strukturami hrají v procesech učení klíčovou roli (4, 18). Podíl některých neuroanatomických struktur na motorickém učení bude popsán níže.

Mozeček

Funkce mozečku se v souvislosti s motorickým učením jeví jako nejméně rozporuplná napříč odbornými studiemi. Jejich autoři se shodují na tom, že mozeček vytváří předpoklady senzorických vjemů v návaznosti na motorické příkazy. Na základě zpětné vazby rovněž upravuje probíhající motorické výstupy, a to s minimální časovou latencí (16, 18), což je principem senzomotorické adaptace. Fakt, že mozeček je součástí neuroanatomického systému, zabezpečujícího senzomotorickou adaptaci (4), potvrzují výsledky několika studií, které prokázaly její narušení u pacientů s poškozením mozečku (6).

Bazální ganglia

Funkce bazálních ganglií zůstává předmětem diskusí. Shmuelof a Krakauer (18) vyzdvihují zásadní podíl bazálních ganglií v počátečních fázích učení motorických dovedností, otázkou však zůstává, k jakému specifickému aspektu v rámci tohoto učení přispívají. Zdá se, že na schopnost senzomotorické adaptace nemá poškození bazálních ganglií zásadní vliv, jak se ukázalo u nemocných s Parkinsonovou a Huntingtonovou nemocí (6).

Podle autorů Shmuelofa a Krakauera (18) je možné, že se bazální ganglia podílejí na dvou rozličných funkcích v rámci motorického učení, a to na selekci sekvencí pohybů a na lepším provádění těchto jednotlivých sekvencí (18).

Parietální mozková kůra

Úkolem parietálního kortexu je vyhodnocování, jakým způsobem motorické příkazy působí na tělo a jeho okolní prostředí, a to na základě porovnávání proprioceptivních a vizuálních odhadů se skutečným senzorickým feedbackem (16).

Primární motorická a premotorická korová oblast

Úloha primární motorické a premotorické kůry je spjata s řízením motoriky. Motorické příkazy jsou vysílány přímo či nepřímo (přes interneurony) prostřednictvím motoneuronů, a to na základě zpracování senzorických a proprioceptivních informací a odhadů (16).

Shmuelof a Krakauer (18) vyvozují z výsledků dvou studií, že motorický kortex zajišťuje vyšší úroveň kontroly nad končetinami oproti mozkovému kmeni a míše – umožňuje totiž flexibilní kombinace pohybů izolovaně v jednotlivých kloubech, a tím poskytuje větší možnosti vykonat nové úkony a interagovat s novými objekty. Pro izolovanou kontrolu nad jednotlivými klouby je potřebná znalost dynamiky končetiny, díky níž lze efektivně kompenzovat interakce momentů sil v jednotlivých kloubech (18).

PŘENOS A TRVÁNÍ V ČASE – ZÁKLAD HODNOCENÍ MOTORICKÉHO UČENÍ

V praxi se úspěšnost motorického učení může hodnotit pomocí dvou charakteristických ukazatelů, kterými jsou trvání získané dovednosti v čase a tzv. přenos. Udržení si motorické dovednosti i po delším časovém odstupu po jejím provádění je typické pro konečné fáze motorického učení. Testování lze provádět ve vhodném intervale po osvojení dovednosti tzv. retenčními testy (12).

Přenos (z angl. transfer) označuje velmi důležitý aspekt motorického učení, a to nakolik se učení určitého úkonu přenáší (generalizuje) do jiného, netrénovaného úkonu či kontextu (6). Přenos je klíčový pro celou oblast rehabilitace, kdy je účelem převést trénované dovednosti a úkony do aktivit každodenního života (ADL) (7). Míra přenosu je rovněž testovatelná, a to tzv. transfer testy (12).

Pro testování obou těchto ukazatelů je důležitý časový odstup, v němž se hodnocení provádí. Masaki a Sommer (12) uvádějí, že testování prováděné bezprostředně po nácviku motorických dovedností negativně zkresluje výsledky učení. To je dáno nedodržením časového odstupu (offline periody), během níž dochází v případě úspěšného tréninku ke spontánní konsolidaci motorické dovednosti. Retenční i transfer testy mají být proto konány s odstupem jednoho či více dnů po nácviku motorické dovednosti (6, 12).

DRUHY MOTORICKÉHO UČENÍ

Motorické učení, jak bylo popsáno výše (zejména v pasáži o modelech motorického učení), se vztahuje ke klasickému typu učení, označovaném jako explicitní. Vedle toho existuje také implicitní typ učení.

Explicitní a implicitní typ motorického učení

Explicitní typ motorického učení je do velké míry založen na vědomých kognitivních procesech s využitím krátkodobé paměti. Jedinec promýšlí fakta a pravidla vztahující se k vykonávání motorického úkonu a formuje v myšlenkách vlastní strategii k jeho osvojení. V praxi tyto své hypotézy ověřuje při praktickém nácviku motorického úkonu, testuje, jak nejlépe jej realizovat, a současně zpracovává případné instrukce a verbální zpětnou vazbu druhé osoby. Teprve s postupnou progresí se dovednost stává automatickou, prováděnou bez vědomé kontroly (19).

Tyto vědomé kognitivní procesy lze obejít implicitním způsobem motorického učení, při němž probíhá osvojování daného úkolu mimovolně a bez doprovodných verbálních instrukcí. Nedochází tedy k zaměstnání krátkodobé paměti (19). Způsobem, jak zabránit jedinci ve vědomém přemýšlení nad prováděnými úkony, je např. zadání současného druhého úkonu (tzv. dual task) nebo využití formy hry (5).

Steenberger a kolektiv (19) vyzdvihují implicitní typ motorického učení zejména ve vyšší odolnosti takto naučeného úkonu vůči psychickému stresu, jak bylo dokázáno např. u hráčů golfu. U explicitně naučených dovedností se ve stresové situaci může osoba přenést do počátečních kognitivních stadií motorického učení, kdy se jí opětovně vybaví slovní instrukce a myšlenky, popisující daný pohyb, a tím naruší již dosaženou automatiku pohybu.

Masters a Maxwell (13) shrnují výhody implicitního učení v těchto bodech – větší odolnost výsledku implicitního učení vůči stresu, vnějším podmínkám a zapomínání v čase, nezávislost na krátkodobé paměti, věku a inteligenci.

Na dobré výsledky poukazují studie, účelně kombinující oba typy motorického učení (5).

Zrcadlové neurony a observační typ motorického učení

Na počátku devadesátých let byly v oblasti premotorického kortexu objeveny speciální vizuo‑motorické neurony. Tyto neurony, označované jako zrcadlové, jsou aktivovány jak při provádění určitého motorického úkonu, tak při pozorování druhé osoby, která tento úkon provádí (9).

Zrcadlové neurony pravděpodobně sehrávají důležitou roli v observační metodě učení. Ta je založena na učení se napodobováním druhé osoby, tedy na transformaci pozorované pohybové aktivity ve vlastní motorické příkazy, zajišťující její identické provedení. Právě tento proces převodu vizuální informace v přesné motorické příkazy by mohl být úlohou zrcadlových neuronů.(9)

Na poznatcích o zrcadlových neuronech staví některé z metod, užívaných u pacientů po cévní mozkové příhodě, jako je mirror therapy či provádění pohybů v představě. Tyto metody přispívají k funkční reorganizaci mozkové kůry a osvědčují se zejména při kombinaci s jinými rehabilitačními přístupy (3).

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ MOTORICKÉ UČENÍ

První z proměnných, ovlivňujících úspěšnost motorického učení, se týká rozložení praktického nácviku v čase. Metoda vkládání relativně delších časových odstupů mezi jednotlivé tréninkové cykly (z angl. distributed practice) se jeví jako účinnější vedle intenzivního opakování tréninkových cyklů s krátkými až minimálními intervaly odpočinku (14).

Dalším faktorem, který je esenciální právě pro rehabilitační praxi, je variabilita v nácviku dovednosti. Předkládání různých obměn stejného úkolu sice přináší menší úspěšnost během samotné nácvikové fáze, ve fázi retence se však ukazuje tento postup jako mnohem úspěšnější oproti stereotypnímu opakování jednoho motorického úkolu (7). Měnění zevních podmínek při nácviku dovednosti (např. změna postury, obměna předmětu, na který se osoba učí dosáhnout, či změna jeho umístění v prostoru) odpovídá skutečnosti běžného života a napomáhá tak k výše zmiňovanému přenosu do obdobných úkonů v ADL. Úspěšné zvládání motorického úkonu, prováděného v umělých podmínkách rehabilitační ordinace, nemá velký význam, pokud nevede ke generalizaci do potřebných úkonů běžného života (6).

Schmidt a Lee (14) dokonce poukazují na to, že využití principu variability v nácviku dovednosti nejen zvyšuje kapacitu při zvládání nových situací, ale má kladný dopad i na tzv. uzavřené dovednosti (z angl. closed skills), jako je např. bowling, kdy zůstávají zevní podmínky takřka neměnné.

V praxi je vhodné aplikovat také tzv. princip kontextuální interference – to znamená náhodné kombinování nácviku několika úkonů během jednoho tréninkového cyklu. Tento postup vede k lepšímu osvojení jednotlivých trénovaných úkonů, než kdyby byl každý z nich trénován zvlášť (17). Krakauer (7) vysvětluje úspěšnost tohoto principu u pacientů po CMP tím, že pacienti vnímají jednotlivé pohybové úkoly jako „problém, který je potřeba vyřešit“, namísto snahy zapamatovat si sekvenci aktivace jednotlivých svalových skupin, které je potřeba na vyžádání zopakovat. To, co se opakuje, je dosažení určitého cíle, neopakuje se však identický způsob jeho dosažení.

Cano-de-la-Cuerda a spolupracovníci (2) popisují ještě několik dalších faktorů, které kladně zasahují do procesu motorického učení. Z nich zmiňujeme verbální instrukce, aktivní participaci, motivaci jedince a zpětnou vazbu, neboli feedback.

Verbální instrukce napomáhají soustředit pozornost jedince na dílčí cíle v učení a ovlivňují strategii, kterou jedinec využívá k jejich dosažení. Aktivní participace posiluje učební proces a napomáhá jeho soudružnosti (2). Motivace jedince je pro motorické učení zcela klíčová – pokud jedinec vnímá požadovaný úkol jako nežádoucí či bezvýznamný, jeho učení bude pravděpodobně velmi málo úspěšné a jedinec jej rovněž nebude ochoten samostatně trénovat. Autoři Schmidt a Lee (14) proto nabádají ke smysluplnému individuálnímu motivování každého pacienta.

Zpětná vazba při motorickém učení

S procesem motorického učení je úzce spjata zpětná vazba jako informace získaná v souvislosti s provedením pohybu. Rozlišujeme vnitřní a vnější zpětnou vazbu (2).

Vnitřní zpětná vazba (z angl. intrinsic feedback) vzniká zcela přirozeně s provedením pohybu. Její zdroje mohou být lokalizovány uvnitř i vně těla a jsou zprostředkovány senzorickým systémem – typicky propriocepcí, zrakem a sluchem. Vnější zpětná vazba (z angl. augmented feedback) představuje doplňující informaci, vycházející z externích zdrojů. Rozlišujeme ji na dva druhy podle toho, zda popisuje výsledek pohybu, nebo samotnou kvalitu pohybových vzorů v průběhu pohybu (6). Pro optimální progresi v učení motorické dovednosti je nutné zvažovat řadu proměnných, jako je druh zpětné vazby, její frekvence i timing.

Opakovaná vnější zpětná vazba může sice vést k vykazování lepších výsledku, jedinec se však na ní může stát závislým a po jejím odejmutí vykazuje zhoršené výsledky. S postupnou progresí jedince se proto doporučuje frekvenci vnějšího feedbacku snižovat až na nezbytné minimum (2, 6).

MOTORICKÉ UČENÍ PACIENTŮ

Ačkoliv lze označit veškerou rehabilitaci jako určitou formu motorického učení (7), studie k tématu motorického učení nejčastěji souvisejí s rehabilitací pacientů po cévní mozkové příhodě, méně často jsou o pacientech s onemocněním mozečku, bazálních ganglií, či úrazovým poškozením struktur CNS. Narušení procesu motorického učení může být velmi pestré v závislosti na tom, která struktura CNS je poškozena (7).

Většina principů motorického učení byla odvozena ze studia na zdravých jedincích. Neurorehabilitace je založena na předpokladu, že tyto principy lze úspěšně aplikovat u neurologicky postižených jedinců k rekonvalescenci motorických funkcí a že tréninkem lze dosáhnout trvalého zlepšení motorických funkcí těchto pacientů (6, 7).

Kitago a Krakauer (6) upozorňují, že je nutné rozlišovat u pacientů po CMP spontánní procesy reparace od efektů motorického učení. Autoři rovněž proklamují, že není dosud zjevné, zda je (a případně do jaké míry) narušen proces motorického učení u neurologických pacientů bez poškozených struktur zapojených v procesech motorického učení.

METODY REHABILITACE ZALOŽENÉ NA PRINCIPU MOTORICKÉHO UČENÍ

Impairment-oriented training pro horní končetinu

Impairment-oriented training (IOT) je technika vyvinutá pro pacienty s hemiparézou, kteří se potýkají s pohybovou inkoordinací a neobratností, a to bez nutné spojitosti s patrným neurologickým deficitem. Zakládá se na tréninku funkčních dovedností horní končetiny, a zvláště ruky. IOT v sobě zahrnuje nácvik různých druhů úchopů, trénink izolované motoriky prstů, souhry pohybů jednotlivých segmentů horní končetiny, rychlostní a obratnostní trénink praktických dovedností ruky aj., a to s využitím nových poznatků o principech motorického učení pro maximalizaci efektu retence a generalizace. Pomoci může IOT zejména těm pacientům, kteří se chtějí vrátit do svého profesního života a brání jim v tom střední až lehký deficit koordinačních a funkčních schopností postižené horní končetiny (7).

Constraint induced movement therapy

Princip constraint induced movement therapy (CIMT) vysvětluje Krakauer (8) jako snahu zabránit tomu, aby nepostižená horní končetina přebírala plnění veškerých motorických úkonů a umožnila tak postižené končetině postupné zlepšování funkce.

Tato technika v sobě zahrnuje dvě komponenty – vyloučení nepostižené horní končetiny z běžných ADL po významnou část dne a intenzivní prakticky orientovaný trénink postiženou horní končetinou (7).

Metoda CIMT má prokazatelně dobré výsledky u pacientů v akutním, a dokonce i v chronickém stadiu po CMP (7). Jejím limitujícím faktorem je někdy značná psychická zátěž pro pacienta, pro kterou je její užití u některých jedinců nevhodné. Volba časových parametrů (doba cvičení a doba fixace nepostižené horní končetiny během dne) je zcela zásadní pro výsledný efekt terapie, který může být při nerespektování únavy a individuality pacienta negativní (2, 8, 20).

Interaktivní robotická terapie

Při interaktivní robotické terapii začíná pacient vykonávat samostatně pohyb, který mu robotická pomůcka pomáhá dokončit. Díky tomu pacient získává reaferenci, která může být spojena s motorickým příkazem a s pohybem (7).

V novější publikaci Krakauer (8) objasňuje využití dvou rozličných přístupů v rámci robotické terapie horní končetiny u pacientů po cévní mozkové příhodě. U prvního z nich robotická pomůcka pomáhá dolaďovat a zpřesňovat trajektorie prováděných pohybů. Při využití druhého přístupu robotický aparát naopak zvětšuje chybné výchylky v trajektorii pacientova pohybu. V tomto případě jde tedy o senzomotorickou adaptaci na principu korekce vlastních chyb. Zajímavostí je, že u prvního přístupu dochází jen k drobnému, ale déle trvajícímu zlepšení, zatímco u principu založeného na adaptaci jsou výsledky sice impozantní, ale velmi krátkodobé (8). Velkou výhodou robotické terapie je možnost poskytnout velmi přesná měření a celkový výstup o pohybu, ať už k ověření efektivity robotické, či jakékoli jiné terapie.

Rehabilitace založená na virtuální realitě

Virtuální realita v rehabilitaci představuje atraktivní způsob, jak si po dostatečnou dobu udržet pozornost a motivaci pacienta k nácviku dovednosti za současného působení vnější zpětné vazby. Prostřednictvím obrazovky či speciálních brýlí se pacient přenáší do prostředí videohry, do níž se aktivně zapojuje pomocí technického vybavení snímajícího pohyby a vyvíjenou sílu. Pro detailní dvoudimenzionální zpětnou vazbu se může využívat také např. kybernetická rukavice, která přenáší rekonstrukovaný obraz ruky pacienta na displej a může zvýraznit potřebné aspekty jeho pohybu (7, 10).

Tak jako u jiných terapeutických postupů je třeba zhodnotit, nakolik naučené motorické dovednosti trvají v čase a jsou přenášeny i do každodenních činností. Studie, které toto měly ověřit, přinášejí různorodé výsledky. Přes nesporné výhody, které tato terapie přináší už jen na poli motivace a aktivní participace pacienta, je potřeba její efektivitu hlouběji prozkoumat (10).

ZÁVĚR

Práce s motorickým učením pacientů je doménou především fyzioterapeutů. Představuje interaktivní proces, založený na zhodnocování jednotlivých reakcí pacienta, včetně známek únavy a vylaďování vlastního přístupu v edukaci, motivaci, zprostředkovávání zpětné vazby a dalších proměnných v rámci motorického učení.

Vědomé zaměření se na konkrétní principy motorického učení může vést k lepšímu individuálnímu zacílení terapie. Propojení vybraných terapeutických technik s principy motorického učení nabízí plnější využití potenciálu neuroplasticity u pacienta, tedy i efektivnější terapii.

Na závěr bych ráda poděkovala prof. MUDr. J. Opavskému, CSc., za podporu a spolupráci při tvorbě článku.

Adresa ke korespondenci:

Bc. Marie Kodadová

Katedra fyzioterapie FTK UP

Tída Míru 117

771 11 Olomouc

e-mail: marie.kodadova01@upol.cz