Стабилометрия, вертикальная поза человека в современных исследованиях. Обзор - Олег Кубряк

При изучении организации вертикальной позы человека частыми являются трактовки результатов экспериментов, клинических обследований, в контексте преимущественно «механических» моделей – например, отечественный специалист Д. В. Скворцов полагает, что «в настоящее время для спокойной основной стойки считается общепринятой модель перевернутого маятника, в котором стабилизация баланса достигается посредством работы камбаловидной мышцы» [26]. Канадский исследователь Д. Винтер (David Winter), считающийся автором модели, в 1998 году опубликовал с коллегами концепцию [38], где мышцы представлены как жёсткие пружины, которые при спокойном стоянии возвращают тело в стабильное состояние, контролируя расхождения центра давления на опору и центра масс тела. Простое схематизированное описание, названное авторами «моделью перевёрнутого маятника» («inverted pendulum model»), в том числе, объясняет экономию ресурсов центральной нервной системы на управление позой с помощью «простой» регуляции тонуса мышц в определенных звеньях системы, обеспечивая противодействие гравитации. Однако известный французский постуролог П.-М. Гаже (Pierre-Marie Gagey) отмечал, что «дорогая для клиницистов модель перевёрнутого маятника» (цитата по тексту русского перевода книги [39]) не является удовлетворительной – например, не объясняет скручивание вокруг вертикальной оси тела. В свою очередь, сам он рассматривает регуляцию и управление вертикальной позой как нелинейную динамическую систему [40]. Близкими к точке зрения П.-М. Гаже можно считать взгляды отечественного специалиста В. И. Усачёва, учитывающего различные концепции систем – автор с коллегами формулируют [41] своё представление о проблеме как о «функциональной системе динамической стабилизации вертикального положения тела» и предлагают практические решения для стабилометрии. Итальянцы П. Морассо (Pietro Morasso) и М. Счиепати (Marco Schieppati) после публикации модели Д. Винтера внесли критические замечания [42], касающиеся, по их мнению, во-первых, погрешностей представленной схемы взаимоотношений центра давления и центра масс человека; во-вторых, недостаточной жёсткости голеностопных мышц для корректной работы системы по типу «перевернутый маятник». Д. Винтер с коллегами, развивая модель «перевёрнутого маятника» и отвечая на критику, позже привёл пояснения и новые аргументы в пользу своей концепции [43—45]. В целом, идеи, условно говоря, «пружинной» регуляции позы находят применение и в смежных темах, например, исследованиях человеческой походки [46,47] или техническом моделировании ходьбы [48].

С усовершенствованием оборудования и с эффективным маркетингом приборного, методического обеспечения исследований вертикальной позы, получил большое распространение вариант, близкий к однозвенной модели управления [49,50]. В значительной степени это связано с деятельностью американского инженера, исследователя и предпринимателя Л. Нашнера (Lewis Nashner), который основал успешно действовавшую специализированную компанию [51], откуда были распространены методы и стандарты стабилометрического исследования, впервые по-настоящему широко принятые пользователями [52—54]. Можно полагать, что, таким образом, факт наличия, привлекательность и доступность подходящего инструмента («инструментализм» [55]) здесь демонстрируют влияние техники [56] на развитие направления, формирование и распространение представлений об актуальном формате исследований вертикальной позы.

Для дифференциации типа колебаний тела человека в спокойном вертикальном стоянии [57], Ф. Хорак (Fay Horak), Л. Нашнер и другие авторы сформулировали понятия разных «стратегий» управления позой – обычно выделяют «голеностопную» (или, иногда переводимую как «лодыжечная») и «тазобедренную», которые различаются по вовлеченным в управление позой структурам [58]. К данному подходу также есть аргументированная критика, например, выраженная в совместных работах ранее упоминаемого П. Морассо с японскими исследователями, что тазобедренный сустав вовлекается в функцию управления вертикальной позой и при «голеностопной стратегии», а лучшее объяснение позной регуляции, по мнению авторов, связано с предлагаемой ими теорией «двойного перевернутого маятника с прерывистым управлением» [59,60]. С моделью двухзвенного перевернутого маятника при спокойном стоянии можно соотнести трактовку результатов исследований Н. В. Денискиной (в обзоре диссертаций, ниже). Следует отметить, что приближение к модели простого однозвенного перевернутого маятника достигалось здесь в условиях исключения момента в голеностопном суставе с помощью специального приспособления.

Остроумный эксперимент с математическим моделированием, демонстрирующий ограничения однозвенной модели, проводился А. В. Тереховым [61—63], который можно рассматривать как работу в развитие идей школы В. С. Гурфинкеля, а также исследований И. В. Новожилова в области шагающих роботов [64] и математического моделирования вертикальной позы человека [65]. Подвижность в тазобедренном и коленном суставах, а также движения рук испытуемых искусственно ограничивалась с помощью деревянных реек и перевязей. Таким образом, при сравнении с обычным состоянием, без ограничений подвижности, были получены данные в пользу трёхзвенной модели («звенья которой соединены последовательно с основанием и друг с другом посредством точечных шарниров»), учитывающей вклад афферентации от рецепторов стоп в формировании вертикали. Такая модель, по мнению авторов, сочетает простоту концепции «перевёрнутого маятника» с приближением к реальной структуре тела, что позволяет получать более точные трактовки. Близкие к описанному эксперименту данные и интерпретация также были немного позже опубликованы де Фрейтас (de Freitas) от коллектива, включавшего В. М. Зациорского и М. Л. Латаша [66].

Вышеописанные концепции и подобные, можно отнести к преимущественно «механическим» моделям. Ряд из них подробно разобран в статье П. А. Кручинина [67]. Автор отмечает, что изменения сагиттальной и фронтальной координат центра давления тесно связаны с изменением моментов в голеностопном и тазобедренном суставах, и, при этом, актуализирует представления, что минимизация суммарных моментов в суставах не является главной целью системы управления вертикальной позой.

Из анализа ранее процитированных и других тематических публикаций можно полагать, что определённое упрощение, использование механических моделей, часто возникают по нескольким причинам, в том числе, в ответ на необходимость создания технически реализуемых алгоритмов для автоматического анализа или расчёта каких-либо параметров при исследовании позы человека [68], разработки шагающих устройств и экзоскелетов [69], а также для подачи вариантов схематизированной информации, например, пользователям стабилометрических систем [70].

Концепцией, выгодно отличающейся от «механических» моделей с точки зрения большей системности, следует считать разрабатываемые в нашей стране представления о «внутренней схеме тела» [71—74]. Ю. С. Левик отмечает [75], что наличие внутренней схемы тела обеспечивает более эффективную регуляцию позы и управление движениями, разграничение внутреннего и внешнего, использование мозгом «расчётных» параметров (например, информации о положении центра масс, для которого нет специфического рецептора). В отличие от модели простого «перевёрнутого маятника», здесь, например, можно объяснить скручивание вокруг вертикальной оси изменениями внутреннего представления о положении корпуса, «упреждающей ориентацией», а не прямыми сигналами от механорецепторов. Концепция внутренней схемы тела также позволяет объяснять «узкие» вопросы, например, связанные с задержками передачи нервного сигнала, сенсорной интеграцией [76]. Это соотносится с развитием принципов иерархического управления движениями по Н. А. Бернштейну, и в целом с традициями российской физиологической школы, приложениями теорий систем. Например, можно косвенно соотнести концепции «схемы тела», с развивавшимися в СССР представлениями о «структурно-информационных многоуровневых организациях» А. В. Напалкова [77] и другими.

С различными вариантами представлений, в той или иной степени учитывающими системность управления позой, «предвосхищение», схему тела, можно связать ряд современных работ зарубежных авторов [78,79]. Свежий обзор [80] англоязычных работ по мультисенсорной интеграции в регуляции вертикальной позы, фокусируясь на последовательном изложении «быстрой» (изменения позы) и «медленной» (осанка, профиль сенсорной интеграции) динамики, завершается выводом японских авторов о недостаточной пока исследованности «медленной», и, что, при этом, такие исследования следует базировать на представлениях о «репрезентации тела» («body representation») в мозге. В чём-то отсылающие к теории функциональных систем [4,5], некоторые сегодняшние зарубежные публикации касаются, например, роли целенаправленного поведения, движения, в динамике «репрезентации тела» [81].