On the speed of the simplest voluntary movements

Abstract

In man, individual muscle contractions can occur with remarkable speed, according to the physiologist Landois. The fastest movement that he could make with his right hand, imitating the writing of two letters n, showed that there were about 0.0564 seconds for each rise and fall; therefore, he could make about 18 movements per second.

When studying the speed of movements, we put in the foreground eye movements, the determination of the speed of which is important in many respects.

Full Text

(Физіологическое изслѣдованіе).

У человѣка отдѣльныя мышечныя сокращенія могутъ совершаться съ замѣчательной быстротой, по мнѣнію физіолога Landois ¹). Быстрѣйшее движеніе, которое онъ могъ производить правой рукой, подражая писанію двухъ буквъ пп, показало, что на каждое поднятіе и опусканіе приходилось около 0,0564 секунды; слѣдовательно, въ секунду онъ могъ дѣлать около 18 движеній.

При изслѣдованіи быстроты движеній мы поставили на первомъ планѣ глазныя движенія, опредѣленіе быстроты которыхъ важно во многихъ отношеніяхъ. Наше представленіе, замѣчаетъ Wundt ^[2]), нуждается въ другихъ вспомогательныхъ средствахъ, въ числѣ которыхъ важнѣйшее—движеніе глазъ. Въ „психологіи вниманія“ Ribot ^[3]) высказываетъ мысль, что движеніе глаза воскрешаетъ воспріятіе. Въ особенности первостепенную роль играютъ глазныя движенія при воспріятіи видимаго пространства. Это воспріятіе Spenser ⁴) называетъ изумительнымъ. Онъ говоритъ, что сокращенія, сводящія глаза на извѣстномъ предметѣ и приспособляющія ихъ фокусы къ данному разстоянію, выполняются съ такой быстротой, которая почти слишкомъ велика, чтобы быть подмѣченной.

Въ исторіи психическаго развитія глазныя движенія имѣютъ огромное значеніе. Ощущенія движенія принадлежатъ къ самымъ первымъ, ощущеніямъ начинающагося сознанія (Hefding ⁵). По Preyer'у ⁶) движенія глазъ у новорожденныхъ, имѣющія громадное значеніе для исторіи развитія пространственныхъ представленій, являются координированными уже черезъ нѣсколько минутъ послѣ рожденія и черезъ 100 дней поворотъ глаза въ сторону требуетъ менѣе ³/₈ секунды. Сѣченовъ⁷) думаетъ, что развитіе заученныхъ движеній глаза можетъ служить типическимъ примѣромъ всѣхъ заученныхъ движеній и въ то-же время совмѣщаетъ въ себѣ существенные элементы развитія любой психической дѣятельности. Сказаннаго достаточно, чтобы заинтересоваться вопросомъ о глазныхъ движеніяхъ.

При графическомъ изслѣдованіи быстроты произвольныхъ движеній съ помощью обыкновеннаго міографа а transmission, нельзя было имъ воспользоваться для записи глазныхъ движеній, такъ какъ приборъ по своей массивности оказался непригоднымъ для такой цѣли.

Идеальнымъ приборомъ для изученія глазныхъ движеній былъ бы кинематографъ съ указателемъ времени, но онъ будетъ стоить слишкомъ дорого. Опытъ показалъ мнѣ, что если положить какую-либо легкую пластинку на верхнее вѣко, то при движеніи глаза вверхъ и внизъ она поднимается и опускается. Въ этомъ можно убѣдиться даже просто прикладывая палецъ къ глазу. Для большаго удобства можно приклеить гуммиарабикомъ кусочекъ марли къ верхнему вѣку; отъ марли опущена нитка къ пишущему перу, которое и записываетъ движеніе глаза; если этому перу передать еще колебаніе камертона, то будетъ записано и время. Въ моемъ распоряженіи находился камертонъ, дающій 100 колебаній въ секунду. Каждое колебаніе, соотвѣтствующее 1:100 сек. очень хорошо видно на записанной кривой и даетъ возможность съ весьма большой точностью опредѣлить быстроту движеній глаза. Кривая имѣетъ слѣдующій видъ:

Рис. 1-й.

Движеніе глаза вверхъ и внизъ. Читать справа налѣво. Камертонъ 100 колеб. въ секунду.

Для опусканія глаза внизъ требуется около 15/100 сек., для поднятія вверхъ около 10/100 или 1/10 секунды. Слѣдовательно, движеніе глаза вверхъ быстрѣе, чѣмъ внизъ. Послѣдующія записи на другихъ субъектахъ дали тѣже результаты, т. е. что глазъ движется скорѣе вверхъ, чѣмъ внизъ. Это обстоятельство было неожиданнымъ въ томъ отношеніи, что, по общепринятому воззрѣнію, глазъ движется скорѣе внизъ, чѣмъ вверхъ.

Такъ, по мнѣнію Wundt’а мышцы, поворачивающія глазъ внизъ, сильнѣе развиты, чѣмъ тѣ, которыя двигаютъ его кверху, и при движеніи глаза вверхъ и внизъ можно замѣтить, что вверхъ глазъ поднять труднѣе, чѣмъ опустить.

Намъ кажется, что внизъ глазъ опускается легче, свободнѣе, а потому быстрѣе, чѣмъ вверхъ. Дѣло сводится на мышечное чувство и оцѣнка получается субъективная. Если же, не довѣряя чувствамъ, которыя иногда бываютъ обманчивы, обратимся къ объективнымъ даннымъ, то оказывается, что глазъ движется вверхъ скорѣе, чѣмъ внизъ. Почему это такъ? Въ самомъ-ли дѣлѣ мышцы, двигающія глазъ внизъ, лучше развиты или сильнѣе, чѣмъ двигающія вверхъ, — это вопросъ. На другихъ мышцахъ можно доказать, что одна группа сильнѣе другой. Напримѣръ, на рукѣ сгибатели сильнѣе разгибателей, и при извѣстныхъ условіяхъ (гемиплегія) сгибатели перетягиваютъ разгибателей. Относительно глазныхъ мышцъ не имѣется такихъ данныхъ, но за то извѣстно, что во снѣ, когда прекращается вліяніе мозговой коры, глазъ закатывается кверху, это въ особенности замѣтно на субъектахъ, спящихъ сидя; мышцы, двигающія глазъ вверхъ, перетягиваютъ, какъ будто-бы онѣ сильнѣе. Кромѣ того, аргументъ, что люди чаще смотрятъ внизъ, т. е. упражняютъ мышцы, опускающій глазъ внизъ, встрѣчается съ другимъ, по которому оказывается, что мышцы, двигающія глазъ вверхъ, поднимаютъ извѣстнаго рода тяжесть, т. е. совершаютъ болѣе трудную работу и вслѣдствіе этого, можетъ быть, онѣ и сильнѣе.

Затрачивая несравненно больше энергіи для подъема глаза кверху, чѣмъ книзу, мозговая кора черезъ мышечное чувство и свидѣтельствуетъ, что это труднѣе, и вслѣдствіе этой трудности намъ и кажется, что больше времени тратится на поднятіе глаза вверхъ, чѣмъ на опусканіе. Далѣе, на чертежѣ глазныхъ движеній наступаетъ пауза, неодинаковая по времени, а именно: послѣ опусканія глаза внизъ пауза меньше, чѣмъ послѣ поднятія; такимъ образомъ, меньше времени требуется, чтобы пустить въ ходъ мышцы, поднимающія глазъ кверху, чѣмъ книзу, а изъ опыта извѣстно, что скорѣе всего пускаются въ ходъ мышцы, наиболѣе упражняемыя. Сравнивая движенія глаза вверхъ и внизъ съ боковыми, Wundt замѣчаетъ, что одно и тоже разстояніе кажется въ вертикальномъ направленіи длиннѣе, чѣмъ въ горизонтальномъ. Съ этимъ мнѣніемъ также не всегда можно согласиться; изслѣдованія, произведенныя мною въ этомъ направленіи, давали какъ разъ обратныя результаты. Горизонтальное разстояніе кажется длиннѣе вертикальнаго, въ особенности когда приходится водить глазами и сравнивать разстоянія. Если вмѣсто пересѣченія двухъ линій поставитъ ихъ перпендикулярно одна другой, то горизонтальное разстояніе кажется гораздо болѣе вертикальнаго. Все это такъ называемое геометрически - оптическіе обманы, представляющіе, по Wundt’y, убѣдительныя доказательства соучастія двигательныхъ ощущеній глаза при пространственномъ зрѣніи.

Послѣ каждаго движенія глаза, какъ сказано, наступаетъ пауза, продолжающаяся иногда около 1:2 секунды; въ это время глазъ стоитъ неподвижно, тогда какъ намъ кажется, что онъ движется безъ остановки. Время паузы превосходитъ въ нѣсколько разъ время, необходимое для движенія, а между тѣмъ замѣтно только движеніе; здѣсь оправдывается изрѣченіе Bibot: "нѣтъ движеній, нѣтъ и воспріятій"

Итакъ, движеніе глаза вверхъ приблизительно равно секунды. Заранѣе скажемъ, что движеніе глаза, обозначаемое, какъ самое быстрое (мгновеніе ока), не есть въ дѣйствительсти таковое; мышцы сгибателя праваго указательнаго (musc. indicator) пальца, по своей быстротѣ, значительно превосходятъ глазныя движенія.

Рис. 2-й

Количество глазныхъ движеній въ 1 секунду равно 3,4. Въ этомъ отношеніи были изслѣдованы также другія мышцы и результатъ получился слѣдующій:

• Сморщиваніе бровей (m. corrugator supercilii). Мышца, выражающая печаль, можетъ совершить въ 5 секундъ 16 движеній, слѣдовательно въ одну секунду—3,2 движеній.
• Оттягиваніе угла рта книзу (m. depressor anguli oris). Мышца отвращенія совершаетъ такое-же количество движеній, т. е. 3,2.
• Поднятіе угла рта кверху (m. levator anguli oris). Мышца плача въ 5 секундъ совершаетъ 17 движеній, въ 1 сек.—3,4 дв.
• Поднятіе верхней губы (m. levator labii super.). Мышца, называемая по- французски pleurnircheur, мышца хныканья, въ 1 сек. совершаетъ 4 движенія.
• Лобная мышца (m. frontalis). Мышца удивленія, поднимающая кожу лба кверху и сморщивающая ее въ складки, совершаетъ въ 1 сек. 4 движенія.
• Движеніе вѣкъ, иначе миганіе (m. orbicularis palpebrarum)—въ 1 сек. 11 движеній.
• Вдыханіе воздуха черезъ носъ при закрытомъ ртѣ (дѣйствіе вдыхателей), всхлипываніе—въ 1 сек. 12 движеній.
• Выдыханіе воздуха черезъ носъ при закрытомъ ртѣ—въ 1' секунду 14 движеній.
• Движеніе губами при произнесеніи слова „папа“ въ 1 сек. 13 движеній. Здѣсь дѣйствуетъ m. orbicularis oris, который работаетъ также при поцѣлуѣ, свистѣ.
• Утвердительныхъ колебаній головы (m. rectus capitis ant. maj. et min., m. long, colli)—въ одну секунду 12 движеній.
• Отрицательныхъ колебаній головы (m. sterno-cleido-mastoid.)—въ 1 сек. 14 колебаній.
• Выдыханіе воздуха толчками черезъ ротъ (при насвистываніи)—въ 1 сек. 14 движеній.
• Движеніе челюстей (m. masseter)—въ 1 сек. 14 движеній.
• Движеніе указательнаго пальца—въ одну секунду 16 движеній.

Рис. 3-й.

Произвольное дрожаніе пальца у здороваго.

Останавливаясь на движеніяхъ пальца., какъ на самыхъ быстрыхъ, замѣчаемъ, что сгибаніе пальца требуетъ меньше времени, чѣмъ разгибаніе, т. е. сгибатель сокращается быстрѣе, чѣмъ разгибатель. Слѣдовательно, къ человѣку въ данномъ случаѣ примѣнимо наблюденіе Grütznev’a,⁸), который нашелъ, что у нашихъ животныхъ (лягушекъ) сгибатели сокращаются скорѣе, нежели разгибатели. Rollet ⁹) доказалъ уже разницу въ степени возбудимости двухъ главныхъ антагонистическихъ группъ въ конечностяхъ, именно сгибателей и разгибателей.

Относительно времени, которое требуется, чтобы мышца перешла изъ состоянія сгибанія въ состояніе разгибанія, необходимо замѣтить слѣдующее: чѣмъ быстрѣе совершается движеніе, тѣмъ меньше времени требуется для этого. Такъ, на кривой, записанной при содѣйствіи камертона, отмѣчающаго ¹/₁₀₀ долю секунды, видно, что для пальца требуется минимальная величина; она равна приблизительно ¹/₂₀₀—¹/₃₀₀ сек. и соотвѣтствуетъ времени скрытаго раздраженія въ первичномъ сократительномъ элементѣ (0",0025 по Burdon-Sanderson'y). Относительно произвольныхъ движется вѣка (миганія) нужно сказать, что внизъ вѣко движенія быстрѣе, чѣмъ вверхъ; такъ, изъ кривой видно, что для движется внизъ требуется около 0,1, иногда 0,08 сек., а для движенія вверхъ 0,13—0,15 сек. (кр. № 4).

Движеніе вѣка еще интересно въ томъ отношеніи, что при движеніи его внизъ оно само возвращается кверху—непроизвольно или рефлекторно; здѣсь такимъ образомъ произвольное движеніе находится въ связи съ рефлекторнымъ и можетъ служить отчасти схемой быстроты произвольныхъ и рефлекторныхъ движеній; при этомъ оказывается, что первыя быстрѣе послѣднихъ.

Рис. 4-й.

Быстрота простѣйшихъ произвольныхъ движеній, камертонъ ¹/₁₀₀ секундъ. Движеніе вѣка—миганіе; внизъ опусканіе, вверхъ—поднятіе вѣка.

Вопросъ о сравненіи быстроты произвольныхъ и рефлекторныхъ движеній имѣетъ нѣкоторую важность. По Экснеру ¹⁰), физіологическое время, необходимое для рефлекса, равняется отъ 0,0662 до 0,0578 сек. При рефлекторномъ дрожаніи (clonus стопы) у насъ получилась цифра 0,0570 сек. Самое же быстрое произвольное движеніе, которое могъ сдѣлать Landois, подражая писанію двухъ буквъ,=0,0564 сек., а произвольное тетаническое дрожаніе правой руки соотвѣтствовало 0,0323—0,0403 сек. Слѣдовательно, произвольныя движенія быстрѣе рефлекторныхъ.

Richet ¹¹) въ своей статьѣ о нервномъ колебаніи приводитъ ¹/₁₀ секунды, какъ величину, равную продолжительности нервнаго колебанія; но, кажется, здѣсь нѣкоторая неточность: производя ¹/₁₀ дрожаній въ секунду, Richet отсюда выводитъ ¹/₁₀ сек., но, вѣдь, дрожаніе, полученное имъ, состоитъ изъ двухъ движеній—сгибанія и разгибанія, и значитъ сек. нужно раздѣлить на 2 части, тогда получится величина нервнаго колебанія соотвѣтствующая ¹/₂₀ или 0,05 сек.

Присматриваясь къ таблицѣ быстроты произвольныхъ движеній, замѣчаемъ значительную разницу между движеніями первыхъ (corrug. superc; depressor, levator frontalis) пяти мышцъ съ остальными. Въ первомъ случаѣ количество движеній въ среднемъ равно 3, а тамъ—12 въ секунду, т. е. въ 4 раза больше.

Мышцы, выражающія ощущенія, даютъ въ четверо меньшее количество движеній. Мы обращаемъ особенное вниманіе на весьма малую величину, требуемую для перехода отъ сокращенія одной мышцы къ сокращенію другой—ея антагониста. Кривая мышечнаго сокращенія вообще была впервые получена Helmholtz'емъ въ 1852 г.; анализъ ея далъ слѣдующія цифры: періодъ скрытаго раздраженія немного болѣе 0,01 сек., затѣмъ укороченіе мышцы 0,05—0,06 сек., послѣ чего наступаетъ разслабленіе. Продолжительность одиночнаго сокращенія или содроганія равна для поперечно-полосатыхъ мышцъ лягушки приблизительно 0,1 сек. Чиръевъ¹²); при произвольныхъ движеніяхъ, признаваемыхъ тетаническими, мышцы получаютъ изъ центральной нервной системы около 19 импульсовъ въ секунду. Конечно, условія сокращенія и разслабленія здѣсь будутъ иными, чѣмъ въ вырѣзанной мышцѣ, такъ какъ находятся въ зависимости отъ центральной нервной системы. Изслѣдованія проф. Н. А. Миславскаго ¹³) показали, что одновременно съ началомъ сокращенія разгибателей, наступало разслабленіе сгибателей. При одновременномъ раздраженіи центра для сгибателей, по Введенскому ¹⁴), происходитъ повышеніе раздражительности центра для разгибателей на томъ-же полушаріи. Такое состояніе антагонистическихъ центровъ объясняетъ въ нашихъ наблюденіяхъ быстрѣйшій переходъ отъ сгибанія къ разгибанію пальца.

Въ заключеніе сдѣлаемъ нѣсколько общихъ выводовъ:

• Произвольныя движенія человѣка сравнительно очень быстры; скорость ихъ можетъ доходить до ¹/₂₀—¹/₂₅ секунды.
• Если судить по количеству движеній о степени заряженія центровъ, то въ мозговой корѣ можно намѣтить скалу быстроты, которая будетъ возрастать отъ мышцъ, выражающихъ чувства, къ мышцамъ, преимущественно подчиненнымъ дѣйствію воли.
• Движенія произвольныя быстрѣе рефлекторныхъ.
• Сгибатели сокращаются быстрѣе разгибателей.
• Движеніе глаза вверхъ быстрѣе, чѣмъ внизъ.
• Движеніе вѣка внизъ быстрѣе, чѣмъ вверхъ.
• Переходъ отъ сгибанія къ разгибанію пальца требуетъ минимальнаго времени около ¹/₃₀₀ секунды.

^[1] ^{Landois. Физіологія человѣка. 1892 г.}

^{2 Wundt. Душа человѣка и животныхъ. 1894 г.}

^{3 Ribot. Психологія вниманія. 1892 г.}

^{4 Spenser. Основанія психологіи. 1876 г.}

^{5 Hefding. Психологія. 1892 г.}

^{6 Preyer. Душа ребенка. 1891 г.}

^{7 Сѣченовъ. Психологическіе этюды.}

^{8 Grützner. Цит. по Landois, физіологія 1892 г.}

^{9 Rollet. Цит. по Сѣченову, физіологія нервныхъ центровъ 1891 г.}

^{10 Ехпеr. Phlüger. Archiv. VIII 1874 г.}

^{11 Richet. Научное обозрѣніе 1902 г.}

^{12 Чирьевъ. Физіологія 1897 г.}

^{13 Миславскій. Къ иннерваціи произвольныхъ движеній. Невролог. Вѣсти. 1898 г.}

^{14 Введенскій. Физіологія Фредерика 1898 г.}