Představa pohybu – neurální podstata a možnosti jejího využití ve fyzioterapii

Souhrn

Představa pohybu neboli simulace pohybu v mysli bez jeho skutečného provedení je součástí plánování a přípravy pohybu. Rozdíl mezi představou a skutečně vykonaným pohybem je pak v utlumení vlastního provedení pohybu. Představa pohybu sdílí se skutečně vykonaným pohybem podobné neurální aktivace. Na základě této podobnosti, která je stále objektem zájmu, se v rámci tréninku profesionálních sportovců a ve fyzioterapii neurologických nebo ortopedických pacientů využívá k facilitaci motorického učení, a tím ke zlepšení kvality vykonání pohybu.

Klíčová slova:

rehabilitace – představa pohybu – exekuce pohybu – řízení pohybu – řízení představy pohybu

Úvod

Představa pohybu bývala dříve součástí tréninku vrcholových sportovců a hráčů na hudební nástroj, nyní je i součástí komplexní rehabilitační péče, kdy je nutné optimalizovat pohybový deficit a obnovit nezávislost v běžných denních činnostech pacienta. Představa pohybu je kognitivní schopnost, při níž dochází k simulaci pohybu v mysli se současnou absencí jeho skutečného provedení [1–4]. Pohyb s jasně vymezeným cílem v sobě obsahuje nejprve představu o pohybu, tedy výběr a plán pohybu s vymezením jeho parametrů (směr, rozsah, síla, rychlost, úsilí aj.), a dále jeho účinků na vlastní tělo a okolí. Skutečně vykonaný pohyb se pak od představy pohybu liší v následné iniciaci, jeho průběhu a ukončení [5].

Představa pohybu může být vykonávána z perspektivy první osoby (kinesteticky) anebo třetí osoby (vizuálně). V rámci vizuální představy pohybu se jedinec stává pozorovatelem pohybu jiné osoby – dívá se na pohyb, který provádí někdo jiný před ním – na rozdíl od kinestetické představy, kdy si jedinec představuje, že on sám pohyb vykonává [6,7].

Profesionální sportovci nebo hudebníci jsou schopni si pohyb představit velmi reálně i s přesnou polohou končetin v průběhu představovaného pohybu. Tedy vnímají představovaný pohyb, jako by ho skutečně prováděli. Facilitují tím synaptické spoje, které jsou aktivní i při reálném vykonání stejného pohybu. Precizně naučený pohyb je pak velmi intenzivně ukotven v pohybové paměti, a je tak snazší ho v rámci tréninku vybavit, což je někdy u pacientů (zejména s neurologicky podmíněnou poruchou pohybu) složité [6].

Aktivita centrální nervové soustavy během představy pohybu

S ohledem na potenciál představy pohybu jako tréninkové metody se objektem zájmu posledních let stává zejména neurální aktivita při představě pohybu. Bylo zjištěno, že mozkové oblasti, které se podílejí na skutečném vykonání pohybu, jsou aktivní již při pouhé představě pohybu. Množství studií se následně pokusilo ověřit toto tvrzení prostřednictvím neurozobrazovacích technik – nejčastěji funkční magnetickou rezonancí (fMRI – functional magnetic resonance imagin), pozitronovou emisní tomografií (PET) nebo transkraniální magnetickou stimulací (TMS). Metaanalýzy uvádí, že neurální mechanizmy představy a skutečně vykonaného pohybu je žádoucí objektivizovat, aby bylo možné posoudit efektivitu terapie nebo tréninku představou [7–9].

Při představě pohybu byla prokázaná aktivita v premotorickém kortexu, suplementární motorické arei (SMA), parietálním kortexu, cingulárním kortexu, bazálních gangliích, mozečku a některé TMS studie uvádí i aktivitu v primárním motorickém kortexu [7,8]. Kinestetická a vizuální představa vykazují aktivitu zejména v precentrálním gyru, SMA, insulu a putamen bazálních ganglií. Kinestetická představa dále aktivuje oblasti premotorického a parietálního kortexu. Při představě pohybu horní končetinou je aktivní zejména premotorický kortex, zatímco u dolní končetiny je shledána aktivita především v SMA, mozečku, putamen bazálních ganglií a oblasti parietálního kortexu [8]. Odlišnosti a podobnosti v zapojení motorického systému při různých typech představy jsou stále předmětem debaty [7,8].

Při skutečně vykonaném pohybu je mimo výše zmíněných oblastí mozku pozorována aktivita i v primárním motorickém kortexu, senzomotorickém kortexu a thalamu [10–12].

Představa pohybu je součástí plánování a přípravy pohybu. Rozdíl mezi představou a skutečnou realizací pohybu je pak v inhibici vlastní realizace pohybu. Jedna z možných inhibicí při představě pohybu by mohla nastat dle TMS v mozečku [13]. Mozeček brání eferentním impulzům produkovanými představou pohybu, aby dosáhly úrovně míchy a kosterních svalů, a mohla tak být produkována fázická svalová aktivita [14]. Další inhibiční vliv byl pozorován magnetoencefalografem na úrovni SMA, která utlumí aktivitu primárního motorického kortexu, a tím brání skutečnému provedení pohybu [15]. Jiní autoři zmiňují v kontextu inhibice mimo SMA také kontralaterální primární senzorickou oblast  [16]. Mechanizmy inhibující realizaci pohybu však nejsou dosud zcela objasněny a výsledky některých studií prokazují, že představa pohybu moduluje aktivitu svalů, které se podílejí na realizaci představovaného pohybu [3,5,17,18].

Formování představy pohybu na úrovni frontoparietálních oblastí mozku

Premotorický kortex vykazuje aktivitu při představě a reálném pohybu v inferiorním gyru a SMA, což jsou oblasti, které se podílejí na výběru, plánování a přípravě konečného provedení pohybu a také na asociacích mezi podněty a akcemi [8]. Uvážíme-li, že množství času pro vykonání představy a reálného pohybu je velmi podobné, lze soudit, že se představa pohybu taktéž skládá z jednotlivých fází – plán a příprava pohybu [7,8,18]. Bylo zjištěno, že u jedinců po cévní mozkové příhodě v oblasti frontálního laloku může nastat zhoršení/neschopnost představy pohybu. Pokud je ale premotorická oblast neporušena, schopnost představy je zachována [8].

Komplexně podmíněné a interně generované pohyby nebo vizuospaciální transformace se dějí prostřednictvím SMA, se kterou je spjata také schopnost představy předmětu a jeho vlastností. SMA je shledána v rámci představy pohybu za jednu z nejzásadnějších oblastí. Při představě pohybu by mohla mít tato oblast podíl na výše zmíněných dějích a zejména pak na iniciaci, simulaci, programování nebo doladění pohybu, přesná role je dána typem představy pohybu [7,8,19].

Parietální kortex, konkrétně inferiorní a superiorní parietální laloky a supramarginální gyrus, se stávají aktivními při představovaném i reálném pohybu. Parietální kortex je označován za centrum multisenzorické integrace a jeho části se účastní reálného vykonání pohybu. Své místo má především u vizuálně vedených pohybových úkolů. Při představě pohybu se pak účastní na přípravě pohybu, jeho cílení a nastavení postury [7,8,20]. Pokud je tato oblast narušena, jedinec má problémy se sebeuvědoměním, perspektivou první osoby, napodobováním a také následnou reprodukcí pohybu. Dále se ukazuje, že jedinci s porušeným parietálním kortexem mají narušenou schopnost představy pohybu, jelikož napodobení i představa pohybu se odvíjí od tvorby interních modelů a reprodukcí, které jsou uloženy v této korové oblasti [8,21–23].

Co se týče aktivace primární motorické oblasti při představě motorické akce, panují zde určité rozpory [6,8,24]. Primární motorický kortex se podílí na podvědomém kódování časoprostorových informací a dále senzorickém zpracování informací pro následný pohyb. Jedná se o oblast, odkud jsou vysílány příkazy do periferie, které musí být v případě představy pohybu potlačeny [11]. Dle současných poznatků z fMRI nebo PET studií není aktivita v této oblasti potvrzena anebo se objevuje, avšak s velmi malým účinkem. Studie využívající TMS však uvádějí, že při představě pohybu je primární motorická oblast aktivní vzhledem k excitaci v premotorické a/nebo parietální oblasti, které mají projekce do primární motorické oblasti [7–9].

V současnosti je stále více diskutována role somatosenzorického kortexu při představě pohybu. Ve studiích je uváděn především v kontextu primární senzorické oblasti, která zpracovává somatosenzorické informace z těla. Somatosenzorické neurony mají projekce do míchy a stimulací somatosenzorického kortexu dochází k vyvolání pohybu. Při představě dosahu u tetraplegického pacienta byly zjištěny lokalizované kožní a proprioceptivní vjemy. Tato oblast se dle autorů podílí na směru pohybu při představě pohybu, ale nikoli na plánování pohybu nebo představě polohy paže. Při lézích somatosenzorického kortexu je možné pozorovat zásadní pohybové deficity, u nichž není jasné, zda souvisí s absencí senzorických vjemů, tedy s narušením plánování pohybu, nebo s přímou ztrátou v kortexu odpovědného za tvorbu pohybu [25].

Formování představy pohybu na úrovni bazálních ganglií, thalamu a mozečku

Výběr, plánování a iniciace pohybu při skutečně prováděné motorické akci a její představě jsou reprezentovány aktivitou v putamen a pallidu bazálních ganglií [7,26,27]. Bazální ganglia se se svými spoji podílí nejen na plánování pohybové sekvence, ale také na dalších faktorech řídících pohybovou strategii, a to emocích a motivaci. Putamen se podílí na uložení a výběru naučeného chování a automatických dovedností a dále na rychlosti a rozsahu pohybu. Pacienti s lézí v oblasti putamen nejsou schopni tvořit představu z perspektivy první osoby, nicméně vizuální typ představy je zachován [6]. Thalamus je označován za „relé“ v subkortiko-kortikální smyčce a je důležitý pro senzomotorickou integraci. Při představě a reálném vykonání pohybu se podílí na úpravě postury a spojením se SMA a putamen také na facilitaci motorického učení [28]. Excitace při představě a skutečně vykonaném pohybu se vyskytuje také ve střední porci mozečku, tj. vermis a paravermis, které řídí rovnováhu těla, a v mozečkové lokomoční oblasti, která se podílí na regulaci rychlosti a dává rytmické impulzy mozkovému kmeni a míše [8,26,29]. Aktivita mozečku koreluje s aktivitou senzomotorické kůry, protože je zapojen do senzorické zpětné vazby pohybu, která umožňuje přenos interní představy o pohybu do skutečných fyzických podmínek vnějšího prostředí [6]. Léze mozečku narušuje přípravu pohybu a může zhoršit také představu pohybu [8].

Aktivita periferní nervové soustavy během představy pohybu

Skutečně vykonaný pohyb je spjat se senzorickou zpětnou vazbou, která je nenahraditelnou v řízení pohybu, poskytuje totiž prostředek k posouzení úspěšnosti pohybového plánu a tvoří základ pro zlepšení budoucího pohybového výkonu. Řídicí oblast dostává informace z receptorů těla, zpracovává je a integruje k zajištění adekvátní odpovědi organizmu. Na generování vnitřní senzorické předpovědi při skutečně provedeném a představovaném pohybu se může podílet mozeček. Bylo zjištěno, že náš mozek v rámci motorického učení využívá rozporu mezi předpovídanou zpětnou vazbou a skutečnou senzorickou zpětnou vazbou (tzv. chyba senzorické predikce) ke zlepšení plánování pohybu a jeho řízení. Představa pohybu tedy skutečně koresponduje s vnitřní simulací pohybu v mysli, kterou lze použít ke zlepšení dalšího vykonání pohybu a navození neurální plasticity [30].

V rámci přípravy na pohyb dochází k aktivaci další části periferní nervové soustavy, a to autonomního nervového systému (ANS), tedy vzestupných viscerálních drah, integračních center na úrovni mozkového kmene, hypothalamu a mozkové kůry, a nakonec sestupných sympatických, parasympatických a enterických větví, které regulují činnost vnitřních orgánů. Při nadcházejícím pohybovém plánu a jeho programování, kdy se stanovují i jeho parametry (síla, amplituda a směr), je popisována předpokládaná kardiovaskulární a respirační adaptace, která připravuje organizmus na předpokládaný energetický výdej [31]. V této fázi je nejspíše aktivována i předpokládaná zpětná vazba, která vzniká při skutečném provedení pohybu, a to somestetická (proprioceptivní nebo hmatové informace), a dále ta, která vzniká vlivem pohybu na okolní prostředí. ANS je aktivní i tehdy, je-li s akcí spojena emoce (např. úspěch/neúspěch při provedení), proto je možné hledat spojení mezi fyziologickými reakcemi ANS a myšlenkou na pohyb [1,18]. Mentální procesy (představa pohybu a především pozorování pohybu) pak aktivují ANS pravděpodobně na základě podobnosti pozorovaného pohybu a vytvoření vnitřního modelu pohybu. Aktivita ANS při mentálních procesech je však pozorována v menší míře než při skutečně vykonaném pohybu [31].

Aplikace do fyzioterapie

Cílem fyzioterapie je maximální možná facilitace motorického učení pro zlepšení nebo obnovu pohybové samostatnosti pacientů. Jako nejefektivnější se pak jeví terapie zaměřené na konkrétní pohybový úkol, jehož podmínky provedení jsou obměňovány. Představa pohybu je vhodným doplňkem klasických rehabilitačních postupů. V současné chvíli se využívá potenciálu představy nejen u neurologických [6], ale také u ortopedických a traumatologických pacientů (rehabilitace u totálních endoprotéz kolenního/kyčelního kloubu, po operaci horních končetin nebo bederní páteře), u nichž by mělo být dosaženo nejefektivnějších výsledků z hlediska neporušených řídicích center pohybu [32,33]. Při tréninku představou se potencuje motorické učení, aniž by byl pohyb reálně prováděn [34]. Zařazení představy pohybu tak zlepšuje vnímání a plánování pohybu a také kvalitu a kvantitu skutečně vykonaného pohybu (konkrétně např. časnější dosažení pohybové samostatnosti, zvětšení rozsahu pohybu v příslušném kloubu, zlepšení flexibility, svalové síly, rychlosti a přesnosti pohybu). U ortopedických pacientů je také evidováno snížení rizika pádu, zlepšení schopnosti chůze nebo zmírnění bolesti [17,32,33].

Z terapie představou pohybu mohou benefitovat zejména pacienti, u nichž je vlastní pohyb omezen (například fixací nebo parézou). Představuje i vhodný typ autoterapie (po instruování jedince), která nevede ke svalové únavě. Jedná se zároveň o nízkonákladovou (pacient ji může provádět sám doma) a na prostor nenáročnou alternativu, kterou je možné snadno aplikovat u všech spolupracujících pacientů [2,34,35].

Pro koho je terapie představou vhodná?

Základním předpokladem pro využití představy pohybu v terapii je schopnost představu pohybu generovat, proto je před terapií žádoucí schopnost tvorby mentální reprezentace pohybu ověřit, jelikož ne všichni jedinci jsou tvorby představy pohybu schopni (viz výše). V praxi je užívaným nástrojem subjektivní dotazník pohybu – Movement Imagery Questionnaire a jeho modifikace pro příslušnou populaci/pacienty [18]. Jedinec pohyb nejprve provede, následně zaujme výchozí pozici a poté si pohyb dle příslušné instrukce představí (bez reálného provedení) a nakonec ohodnotí charakter (snadnost/obtížnost) kinestetické a vizuální představy na sedmistupňové škále, kdy hodnota 4 (a vyšší) značí dobrou úroveň (snadnější provedení) představy pohybu, a pacient tak může podstoupit terapii představou pohybu [36,37].

Existuje mnoho forem tréninku představou, ovšem důležité je, aby jedinec představovaný pohyb znal, tedy aby měl v pohybovém sytému uloženou reál­nou senzomotorickou stopu pro představovaný pohyb. Prostřednictvím této reprezentace se totiž vytváří vnitřní kinestetický model, který facilituje plánování pohybu. Pacient si představuje pohyb, se nímž má reálnou zkušenost, ať již aktivně, nebo pasivně pod vedením  fyzioterapeuta. Trénink funkčního pohybu v představě navíc musí být pro jedince smysluplný s jasně vymezeným cílem, tak aby jej motivoval, zaměřoval se na jeho emoce. Pokud je představa kombinována se skutečným provedením pohybu, dochází ke zvýšení efektu tréninku [4,34,38].

Další doporučení

Na základě výsledků mnoha studií je doporučována kinestetická představa, a to z hlediska vyšší aktivace neurálních struktur spojených se senzomotorickou aktivitou, dále snazšího a přirozenějšího generování představy než při vizuálním typu a v neposlední řadě také větší facilitací motorického učení [35,39–41]. Vizuál­­ní typ představy zase napomáhá k uvědomění sebe sama a k vyšší motivaci. V případě vedení řízeného tréninku pohybu v představě nebo při snaze o objektivizaci účinků představy pohybu na pohybový systém a mechanizmy jeho řízení je namístě vždy jasná instrukce, jak má být pohyb představován. Bez této instrukce není vyloučeno, že pohyb v představě je jedincem simulován pomocí vizuální představy namísto kinestetické a opačně [18].

Výchozí pozice jedince při představě pohybu by měla odpovídat nastavení postury při reálném provádění pohybu, protože tehdy dochází k plánování pohybu spjatého s aktivací příslušných řídicích center [34]. Je-li pozice spjata např. s držením nějakého předmětu, měl by být součástí terapie (držen pacientem, být ve stanovené vzdálenosti od pacienta apod.). Tehdy dochází k maximalizaci potenciálu představy prostřednictvím posturálního a haptického vnímání [42].

Další proměnnou, která má vliv na zvýšení efektivity představy pohybu, je prostředí, které by mělo odpovídat prostředí reálného vykonání pohybu. Mnohdy však není možné terapii provádět ve stejném prostředí, proto se doporučuje pořídit fotografii nebo videonahrávku daného místa. U sportovců se doporučuje i obléct si dres pro ještě intenzivnější vnímání pohybu [42].

Aplikace představy pohybu v rámci fyzioterapie je relativně nová. Proto existuje nekonzistentnost v určení optimální doby trvání intervence představou v rámci terapie. V praxi se běžně používají terapie představou v rozmezí 10–60 min [43]. Tento čas je spojen s krátkou počáteční a konečnou relaxací pro nabuzení vyšší koncentrace a motivace na představu pohybu. Je však nutné zmínit, že koncentrace časem upadá, a proto je vhodné představu pohybu střídat s jejím reálným provedením [34,35].

Všechny výše zmíněné aspekty mají dle medicíny založené na důkazech významný vliv na úspěšnost terapie představou pohybu, proto je žádoucí se jimi řídit, aby bylo dosaženo požadovaného efektu.

Budoucí perspektivy představy pohybu

V současné době je neurokognitivní základ představy pohybu stále více zkoumán i na poli high-tech technologií, jelikož se představa testuje i jako prostředek pro ovládání pokročilých končetinových protéz nebo exoskeletonu, a tím vede k provedení pohybu. Podstatou je snímání změny elektrického poten­ciálu způsobeného aktivitou vznikající při představě motorické akce, která se využívá jako prostředek k ovládání exoskeletonu na postižené horní nebo dolní končetině, což vede ke zvýšení schopnosti motorické kůry ovládat svaly ve fyziologických, nikoli patologických pohybech. Tato neuroplasticitu potencující aplikace se označuje jako motor-imagery-based brain-computer interfaces a slibuje mnohé zejména pro pacienty s amputací nebo plegií [44,45].

Závěr

Objektem zájmu studií zabývajících se představou pohybu je především její neurální podstata na úrovni centrální nervové soustavy (premotorický kortex, SMA, parietální lalok, cingulární kortex, bazální ganglia, mozeček a nekonstantně i primární motorický kortex), periferní nervové soustavy a ANS. Neurální základ skutečného a představovaného pohybu jsou v mnohém podobné. Tyto neurální podobnosti jsou neustále zkoumány zobrazovacími technologiemi, nyní především TMS, aby je bylo možné lépe objasnit a následně vhodně využít nejen u profesionálních sportovců, ale také ve fyzioterapii u pacientů s neurologickými nebo ortopedickými diagnózami. Zde má představa pohybu své opodstatnění v kombinaci s konvenční fyzioterapií pro facilitaci motorického učení, a z toho plynoucí zlepšení kvality pohybu. Jako každá terapeutická/tréninková technika má i tato své zásady, při nichž se stává efektivní. Tou hlavní je schopnost generovat představu a poté přizpůsobit trénovaný pohyb a prostředí tak, aby jedince motivovaly, a tím docházelo k potřebným neurálním mechanizmům.

Doručeno/Submitted: 15. 3. 2022

Přijato/Accepted: 14. 6. 2022

Korespondenční autor:

Mgr. Hana Haltmar

Katedra přírodních věd v kinantropologii

Fakulta tělesné kultury,

Univerzita Palackého v Olomouci

Třída Míru 117

771 11 Olomouc

e-mail: hana.haltmar@upol.cz