کتاب مدل سازی و کنترل سیستم های عصبی عضلانی

کتاب مدل سازی و کنترل سیستم های عصبی عضلانی نوشته فرزاد توحیدخواه، یگانه مرغی، نسیم لحیم گرزاده، گلناز بغدادی توسط انتشارات دانشگاه صنعتی امیرکبیر با موضوع مهندسی پزشکی، پزشکی عمومی، دستگاه عضلانی انسانی به چاپ رسیده است.

معرفی مباحث کتاب مدل سازی و کنترل سیستم های عصبی 

۱. مباحث فیزیکی سیستم حرکتی در انسان

سیستم حرکتی انسان شامل استخوان‌ها، مفاصل و عضلات است که با همکاری سیستم عصبی امکان انجام حرکات پیچیده را فراهم می‌کنند. تحلیل فیزیکی این سیستم مبنای مهندسی حرکت و طراحی مدل‌های کنترل انسانی است.

۲. عضله

عضلات نیروهای لازم برای حرکت را تولید می‌کنند و به‌عنوان محرک اصلی سیستم حرکتی عمل می‌کنند. ویژگی‌هایی مانند طول، کشش، سرعت انقباض و خستگی، نقش مهمی در کنترل حرکات دارند.

۳. نخاع و رفلکس‌ها

نخاع با واسطه رفلکس‌ها پاسخ‌های سریع و خودکار به محرک‌ها را فراهم می‌کند و بدون دخالت مغز حرکات محافظتی و ساده را کنترل می‌کند. رفلکس‌ها به‌عنوان حلقه‌های کنترل کوتاه در سیستم حرکتی عمل می‌کنند.

۴. مراکز مغزی مرتبط با حرکت

مغز بخش‌های مختلفی دارد که در کنترل و برنامه‌ریزی حرکات نقش دارند، از جمله قشر حرکتی اولیه، قشر پیش‌حرکتی و نواحی حرکتی کمکی. این مراکز با تحلیل اطلاعات حسی و برنامه‌ریزی حرکت، کنترل دقیق فعالیت عضلات را ممکن می‌سازند.

۵. مخچه

مخچه مسئول هماهنگی، تعادل و دقت حرکات است و اطلاعات حسی و حرکتی را ادغام می‌کند. نقایص مخچه باعث ناپایداری، لرزش و اختلال در اجرای حرکات دقیق می‌شود.

۶. سیستم‌های حسی مرتبط با کنترل حرکات

سیستم‌های بینایی، لمسی، و حس عمقی (Proprioception) اطلاعات محیطی و وضعیت بدن را به سیستم عصبی می‌رسانند. این اطلاعات برای اصلاح و تنظیم حرکات ضروری هستند.

۷. تئوری‌های رفتاری در حوزه کنترل حرکات

این تئوری‌ها رفتار حرکتی انسان را بر اساس الگوها و پاسخ‌های تجربه‌شده تحلیل می‌کنند و به مدل‌سازی تصمیم‌ها و برنامه‌ریزی حرکتی کمک می‌کنند.

۸. بررسی تئوری‌های مبتنی بر کنترل حلقه باز حرکات

کنترل حلقه باز حرکات بر اجرای حرکات برنامه‌ریزی‌شده بدون بازخورد فوری تأکید دارد. این مدل‌ها برای حرکات سریع و از پیش تعیین‌شده کاربرد دارند.

۹. فرضیه نقطه تعادل

این فرضیه بیان می‌کند که سیستم حرکتی تمایل دارد مفاصل و عضلات را در حالت تعادل نگه دارد و حرکات با ایجاد تغییر در نقطه تعادل تولید می‌شوند. این نظریه به مدل‌سازی حرکات تناوبی و واکنش به اغتشاش‌ها کمک می‌کند.

۱۰. ارتباط بین سیستم کنترل حرکات و سیستم کنترل توجه

توجه و تمرکز شناختی تأثیر مستقیم بر کیفیت و دقت حرکات دارد. سیستم کنترل حرکات و سیستم کنترل توجه به‌صورت همزمان عمل می‌کنند تا حرکات هدفمند و دقیق صورت گیرد.

۱۱. حافظه مکانی

حافظه مکانی به انسان اجازه می‌دهد موقعیت و مسیرها را به خاطر سپرده و حرکات هدفمند را بر اساس تجربه گذشته برنامه‌ریزی کند.

۱۲. دیدگاه‌های مهندسی در کنترل حرکات انسانی

مهندسی حرکت انسان شامل مدل‌سازی نیرو، امپدانس و دینامیک سیستم‌های حرکتی است تا بتوان عملکرد حرکتی را تحلیل و شبیه‌سازی کرد.

۱۳. تصنیف‌گیری و طرح‌ریزی حرکات

مغز حرکات پیچیده را به واحدهای ساده تقسیم می‌کند و با ترکیب آن‌ها حرکات هدفمند را برنامه‌ریزی می‌کند.

۱۴. حرکات تناوبی و مبانی مهندسی آن

حرکات تکرارشونده مانند راه رفتن یا دست‌رسانی دارای ویژگی‌های ریتمیک هستند و با تحلیل دینامیکی و مدل‌های نقطه تعادل قابل بررسی‌اند.

۱۵. کنترل امپدانس

کنترل امپدانس شامل تنظیم مقاومت سیستم عضلانی در برابر نیرو و تغییرات محیطی است تا حرکات پایدار و دقیق اجرا شود.

۱۶. روش‌های مدل‌بنا

این روش‌ها به کمک مدل‌های ریاضی و شبیه‌سازی، کنترل حرکات انسان را بر اساس قوانین فیزیکی و شناختی بررسی می‌کنند.

۱۷. مدل‌ها و روش‌های مهندسی در مطالعه سیستم کنترل حرکات انسان

استفاده از مدل‌های بیومکانیکی، شبیه‌سازی نرم‌افزاری و سنسورهای حرکت، به درک عملکرد سیستم حرکتی و طراحی پروتزها و ربات‌های انسان‌نما کمک می‌کند.

۱۸. تنظیم امپدانس در حرکت دست‌رسانی

هنگام دست‌رسانی، سیستم حرکتی با تنظیم مقاومت و انطباق با نیروی محیط، حرکات نرم و دقیق را تضمین می‌کند.

۱۹. سیستم حرکتی راه رفتن

حرکت راه رفتن یک نمونه مهم از حرکت تناوبی است که شامل هماهنگی عضلات پا، تعادل و بازخورد حسی برای پایداری و کارایی است.

۲۰. حرکت تناوبی دوپایی بر مبنای نظریه نقطه تعادل

راه رفتن دوپایی بر اساس نظریه نقطه تعادل و تحلیل اثر اغتشاش بینایی مطالعه می‌شود تا پاسخ سیستم حرکتی به ناپایداری‌ها و تغییرات محیطی بررسی گردد.