07MCNeueTheorien

VL Bewegungswissenschaft
7. Motor Control: Neue Theorien
MC: Neues
Programmpunkte
• Paradigmenwechsel nach Kuhn
• Ökologische Ansätze
 Direct Perception
 Natural physical approach
 System Dynamics
• Die „motor-action“ – Kontroverse
• Praktische Konsequenzen
MC: Neues
T.S. Kuhn:
Paradigmen nach Kuhn
„The Structure of Scientific Revolutions“, 1962
 Wissenschaft schreitet in Paradigmenwechseln
voran!
 Paradigma = Betrachtungsweise, Musterbeispiel
 PW nicht rational erklärbar, sondern eher
wissenschaftssoziologisch
 Wissenschaft ist nicht die reine Suche nach der
reinen Wahrheit!
MC: Neues
Phasen der Wissenschaft nach Kuhn
Pre-science:
Feld wird eher orientierungslos erforscht;
Paradigmen werden importiert
Normal science:
Konsens über die Art, Probleme zu betrachten;
breite empirische Aktivitäten
Paradigm crisis:
Widersprüche werden entdeckt, mit ad-hoc Revisionen
zunächst erklärt oder ignoriert
Revolutionary science:
Etablierung eines alternativen Paradigmas in harter
Auseinandersetzung mit normal science
MC: Neues
Phasen der Wissenschaft nach Kuhn
Pre-Science
Normal
Science
Ign.
ad
hoc
Revolutionary
Science
Alt.
MC: Neues
Paradigmen in der Psychologie
• „Seelenpsychologie“, Wundt, 19. Jhdt.
• Tiefenpsychologie, Freud, Anfang 20.
Jhdt.
• Behaviorismus, Skinner, bis 2. WK
• Kognitionspsychologie, bis 80er
• Ökologische Psychologie
 Komplexität, Dynamik, Systemansatz
 Umwelteinbindung
 Selbstorganisationsphänomene
MC: Neues
Paradigmen in der Motorik
Publikationen
25
Anzahl
20
15
10
5
0
67
70
73
76
closed loop
79
GMP
82
85
Syst. Dyn.
88
91
MC: Neues
Zuordnung der Betrachtungsweisen
Morphologie
Systemdynamischer Ansatz
Ganzheitliche Betrachtungsweisen
Konnektionismus
Biomechanische
Betrachtungsweise
BewegungsWissenschaftliche
Betrachtungsweisen
Fähigkeitsorientierte
Betrachtungsweise
Informationsverarbeitungstheorien
Funktionale Betrachtungsweisen
Funktionsanalysen
Außenaspekt
Modularitätshypothese
Innenaspekt
Ökologische Psychologie
MC: Neues
Überblick
Nach Summers (1998):
• Direct perception
• Natural physical approach
• Systemdynamik
Direct Perception
MC: Neues
Direct perception
Einheit von Bewegung und Umwelt
Flow-fields von Gibson
Affordances: Handlungsmöglichkeiten, die
sich aus den Eigenschaften der Umwelt
ergeben
Direct perception: keine symbolische
Repräsentation, kein Gedächtnis/Wissen
Natural physical approach
MC: Neues
Natural physical approach
Bewegungen werden durch ihre
physikalischen Randbedingungen
bestimmt
Constraints:
Randbedingungen, Einschränkungen
Beispiel: Jonglieren
Verwandtschaft/Überlappung mit Direct
Perception
Systemdynamische Ansätze
Begriffe
Das HKB-Experiment
Golfbeispiel
MC: Neues
Definition
Der systemdynamische Ansatz beschäftigt sich
mit:
• komplexen Systemen (Bewegungen), die sich
dynamisch verhalten
• System als ganzheitlicher Zusammenhang
von Teilen
• Im Blickpunkt stehen Aspekte des Verhaltens,
die nur durch die dynamische Interaktion
zwischen Systemkomponenten auftreten
• Komplexe Leistung als Ganzes steht im
Vordergrund
MC: Neues
Grundannahmen
• Verhalten und seine zeitliche Veränderung
als Resultat emergenter Prozesse
• durch Interaktion der Systemkomponenten
entsteht etwas
• Selbstorganisierend
MC: Neues
Dynamische Systeme
• Wissenschaftszweig zum Studium komplexer
Systeme (Motorik)
• Ursprung Physik, dann aber in Medizin,
Biologie, Wirtschaft, Soziologie, Psychologie,
Sport
• System: abgrenzbare Elemente + deren
Relationen untereinander
• Dynamisch: Veränderung in der Zeit
MC: Neues
Begriffe
Zustandsraum:
alle möglichen Zustände des Systems
definiert durch die Zustände der Teilsysteme
Systemdynamik:
Bewegung des Systems durch den
Zustandsraum in der Zeit
Konvergenz:
Stabiler Zustand, auf den sich die
Systemdynamik hin bewegt
Attraktor:
Verschiedene Zustände, die ein System
einnehmen kann
MC: Neues
j
Beispiel: Pendel
Angetriebenes
Pendel
j
0
Gedämpftes
Pendel
0
0
v
0
v
MC: Neues
Beispiel Tennis
Zustandsraum und
Systemdynamik zweier
Tennisspielerinnen
4
2
2
Speed
Speed
4
0
0
-2
-2
-4
-4
-6
-4
-2
0
Position
2
4
6
-6
-4
-2
0
Position
2
4
6
MC: Neues
Beispiel: Fußball
Start
Attraktor 1-0
Attraktor 0-1
Instabilitätsregionen
MC: Neues
Selbstorganisation
Selbstorganisation:
Einnahme eines Attraktors durch interne
Wechselwirkungen im System
Ohne Antrieb:
nicht etwa durch Steuerung von außen oder
durch Kontrolle durch ein Zentrum
Bewegungen werden als
Selbstorganisationsprozesse der Motorik
interpretiert!!!
MC: Neues
Merkmale dynamischer Systeme
• Kritische Fluktuationen
• Hysterese
• Kritisches Slowing-down
MC: Neues
Zustandsdynamik
Fluktuationen
Ordnungszustände
Hysterese
Kontrollparameter
Das „Kelso-Experiment“
MC: Neues
Kelso Experiment
Kelso‘s Fingerwackel-Experiment
AntiPhase
Transition
InPhase
Relative Phase
MC: Neues
Zustandsdynamik Kelso
Stab. Koor. Muster 1
180°
0°
Stab. Koor. Muster 2
Frequenz
Beispiel Tennis
MC: Neues
Meter
Zustandsdynamik Kelso
Cross-Rallye Vorhand
+4
0
Position A
Position B
-4
Relative Phase: Anti-Phase 180°
Zeit
MC: Neues
Meter
+4
Zustandsdynamik Kelso
Longline-Rallye
Position A
Position B
0
-4
Relative Phase: In-Phase 0°
Zeit
MC: Neues
Zustandsdynamik Kelso
720
15
RP
player 1
10
player2
RP (deg)
5
360
0
180
-5
Transition Transition
ANTI
IN
ANTI
0
-10
0
5
10
time (sec.)
15
20
velocity m/s
540
Beispiel Golf
MC: Neues
Zustandsdynamik Golf
Drive
Pitch
Chip
5
30
55
Entfernung zur Fahne [m]
100
MC: Neues
Kritische Fluktuationen
Übergänge
Chip
Pitch
Voller
Schlag
Fluktuationen
Operationalisierung
Fluktuationen:
Laufende Standardabweichungen der
Abschwungzeit
von vier aufeinander
folgenden Schwüngen
Attraktoren
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Entfernung zur Fahne
Perturbationen im Tennis
MC: Neues
Perturbationen Tennis
Potentiallandschaft „Ballwechsel im Rückschlagspiel“
Perturbation: Kritische Störung des relativen
Gleichgewichts in einem Ballwechsel
Ballwechsel
Punkt
für B
Punkt
für A
Stabilität
Finaler Attraktor
Instabilität
Relative
Stabilität
Instabilität
Stabilität
Finaler Attraktor
The motor-action-controversy
MC: Neues
Motor-Action-Kontroverse
Programm-Theorien
Ökologische Theorien
Grundannahme
Mensch-Maschine
Ökologische Einheit
Bewegungskontrolle
Top-Down Hierarchisch
Bottom-Up, heterarchisch
Bewegungsmuster
GMPs, zentral gespeichert
Koordinationsmuster,
selbstorganisierend
Bewegungsverlauf
programmiert
Emergent
Rolle der Muskulatur
Befehlsempfänger
Bewegungsgestalter
Praktische Konsequenzen
MC: Neues
Unterschiede
Programm-Theorien
Ökologische Theorien
Motorik
Computer
Dynamisches System
Umwelt
Störgröße
Auslöser, Interaktion
Variabilität
Fehler
Fluktuation
Rolle des Lehrers
Programmierer
Arrangeur
Rolle des Schülers
passiv
autonom