New_Hoofdstuk 4_2024-2025.pdf

# Bewegingscoördinatie en de wet van Fitts Dit onderwerp verkent de definitie en componenten van bewegingscoördinatie, met een diepgaande focus op de wet van Fitts en de implicaties ervan voor het begrijpen van menselijke beweging. ### 1.1 Wat is bewegingscoördinatie? Bewegingscoördinatie treedt op wanneer de grootte, richting en timing van de geleverde krachten optimaal zijn afgestemd op de vereisten van een taak en de omgevingscondities. Het vermogen om bewegingen aan te passen aan veranderende omstandigheden is hierbij cruciaal. Een effectieve coördinatie vereist een nauwe samenwerking tussen drie systemen [4](#page=4): 1. **Het sensorische systeem:** Verantwoordelijk voor het vergaren van informatie over de omgeving en het verloop van de beweging [4](#page=4). 2. **Het neuronale systeem:** Verwerkt de sensorische informatie, plant bewegingen en past de uitvoering ervan aan [4](#page=4). 3. **Het musculoskeletaal systeem:** Voert de geplande beweging uit [4](#page=4). Het bestuderen van gecoördineerd bewegen is een essentieel onderdeel van motorisch leren, waarbij specifieke terminologie nodig is om verschillende vormen van coördinatie te beschrijven. Coördinatie tussen ledematen (interlimb) en binnen een ledemaat (intralimb) is fundamenteel voor beweging, zoals voortbeweging, waarbij de bewegingen van verschillende segmenten qua richting, timing en amplitude op elkaar moeten worden afgestemd [4](#page=4). Andere belangrijke vormen van coördinatie bij mensen zijn: * **Oog-hand coördinatie:** De afstemming van handelingen met de hand op visuele waarneming, en vice versa [5](#page=5). * **Fijne coördinatie:** De nauwkeurige afstemming van bewegingen van arm, pols, hand en vingers, waarbij de bewegingen van romp en grotere gewrichten beperkter worden [5](#page=5). * **Bimanuele coördinatie:** De coördinatie tussen de twee handen, soms uitgebreid tot het gehele bovenste lidmaat [5](#page=5). ### 1.2 Oog-hand coördinatie #### 1.2.1 De wet van Fitts De wet van Fitts is een fundamentele wetmatigheid binnen de oog-hand coördinatie met een brede generaliseerbaarheid. Deze wet beschrijft een relatie tussen de bewegingstijd, de bewegingsamplitude (afstand die afgelegd moet worden) en de grootte van het doel. Concreet stelt de wet dat een beweging langer duurt naarmate de afstand tot het doel groter is (amplitude) of het doel zelf kleiner is. De bewegingstijd is dus recht evenredig met de amplitude en omgekeerd evenredig met de grootte van het doel [5](#page=5). Fitts onderzocht dit door proefpersonen een stilus te laten bewegen tussen twee doelen van breedte $W$, gescheiden door afstand $D$. De opdracht was om zoveel mogelijk heen en weer te bewegen binnen een bepaalde tijd, met een beperkt aantal fouten. Uit zijn experimenten bleek dat [6](#page=6): * De bewegingstijd afneemt naarmate het doel breder wordt (toename van $W$) [6](#page=6). * De bewegingstijd korter is bij een kleinere afstand tussen de doelen (kleinere $D$) [6](#page=6). De wet van Fitts kan wiskundig worden uitgedrukt als een lineair verband tussen de bewegingstijd ($MT$) en de variabele $log_2(2A/W)$. Hierbij staat $A$ voor de amplitude en $W$ voor de breedte van het doel. Deze variabele, $log_2(2A/W)$, wordt de **moeilijkheidsindex (Index of Difficulty - ID)** genoemd en weerspiegelt de complexiteit van de taak. Een grotere amplitude ($A$) of een kleiner doelwit ($W$) resulteren in een hogere moeilijkheidsgraad [7](#page=7). $$ MT = a + b \cdot \log_2 \left(\frac{2A}{W}\right) $$ waar $a$ en $b$ empirische constanten zijn [7](#page=7). Dit concept leidt tot de **'speed-accuracy trade-off'**: een afweging tussen de uitvoeringssnelheid en de uitvoeringsnauwkeurigheid. Moeilijkere bewegingen, gekenmerkt door een grotere moeilijkheidsgraad, vereisen meer tijd om accuraat uit te voeren [7](#page=7). > **Tip:** Onthoud dat de moeilijkheidsgraad toeneemt met een grotere afstand tot het doel en een kleiner doelwit. Dit is de kern van de 'speed-accuracy trade-off'. #### 1.2.2 Toepasbaarheid van de wet van Fitts Een van de sterke punten van de wet van Fitts is de brede toepasbaarheid in diverse situaties. Het verband tussen bewegingssnelheid en moeilijkheidsgraad is waargenomen bij doelgerichte bewegingen van vinger, pols en arm, en geldt zowel voor kinderen als volwassenen [7](#page=7). De wet is van groot ergonomisch belang in praktijksituaties, zoals: * **Keyboardwerk:** Belangrijke toetsen (bv. spatie, enter) zijn vaak groter ontworpen om snellere en nauwkeurigere invoer mogelijk te maken [8](#page=8). * **Computermuisgebruik:** Navigeren over het scherm met een muis volgt eveneens de principes van Fitts' wet [8](#page=8). * **Autorijden:** De beweging van de voet naar het rempedaal kan ook worden geanalyseerd met Fitts' wet [8](#page=8). Klinische toepassingen omvatten tests zoals de **Purdue peg board test**, een instrument voor oog-hand coördinatie en fijne motoriek, waarbij het snel plaatsen van kleine objecten wordt geëvalueerd. Deze test wordt uitgevoerd met de rechterhand, linkerhand en beide handen tegelijk [8](#page=8). In de context van **virtual reality (VR)** en **augmented reality (AR)** helpt de wet van Fitts bij het ontwerpen van interactieve omgevingen waarbij virtuele bewegingen van ledematen zo effectief mogelijk worden gemaakt voor revalidatie en training [8](#page=8). ### 1.3 Bimanuele coördinatie #### 1.3.1 De wet van Fitts bij bimanuele taken Hoewel de wet van Fitts een breed toepassingsgebied heeft, zijn er omstandigheden waar deze minder goed opgaat, waaronder bepaalde vormen van bimanuele coördinatie. De complexiteit van het gelijktijdig of gecoördineerd gebruiken van beide handen kan de eenvoudige relatie die Fitts beschreef, beïnvloeden [8](#page=8). --- # Bimanuele coördinatie en bewegingssynergiën Dit deel behandelt de coördinatie tussen twee ledematen, de beperkingen van de wet van Fitts bij bimanuele taken en introduceert het concept van bewegingssynergiën, waarbij spieren als functionele eenheden samenwerken en de implicaties hiervan voor motorische controle en leerprocessen [10](#page=10) [11](#page=11) [12](#page=12) [13](#page=13) [8](#page=8) [9](#page=9). ### 2.1 De wet van Fitts bij bimanuele taken De wet van Fitts, die de relatie beschrijft tussen de tijd die nodig is om een doel te bereiken en de afstand tot dat doel en de grootte ervan, is breed toepasbaar, maar kent uitzonderingen, met name bij bimanuele coördinatie. Bij bimanuele taken, waarbij beide bovenste ledematen simultaan bewegen, kan de wet van Fitts beperkingen vertonen wanneer de moeilijkheidsgraad van de bewegingen voor de linker- en rechterarm verschilt [8](#page=8) [9](#page=9). Een belangrijk experiment van Kelso en medewerkers illustreerde dit fenomeen. Proefpersonen voerden gelijktijdig een reikbeweging uit met de ene arm naar een relatief groot doel over een korte afstand (lage moeilijkheidsgraad) en met de andere arm naar een relatief klein doel over een grote afstand (hoge moeilijkheidsgraad). Hoewel een volledig onafhankelijke aansturing van beide ledematen zou leiden tot verschillende bewegingstijden, startten en beëindigden beide ledematen hun beweging nagenoeg tegelijkertijd. Hierbij werd de snellere beweging vertraagd en de tragere beweging enigszins versneld, wat suggereert dat de bewegingen van beide ledematen niet volledig onafhankelijk worden aangestuurd [10](#page=10) [9](#page=9). > **Tip:** Dit experiment benadrukt dat de wet van Fitts niet altijd een perfecte voorspeller is voor de bewegingstijd in complexe, bimanuele taken waarbij de moeilijkheidsgraden van de afzonderlijke ledematen verschillen. ### 2.2 Bewegingssynergiën en coördinatieve structuren Wanneer de bovenste ledematen simultaan bewegen, vertonen ze vaak de neiging om hetzelfde te doen, wat duidt op een temporele reorganisatie en integratie in een overkoepelende structuur. Het uitvoeren van dezelfde bewegingen met beide ledematen is relatief eenvoudig, maar het uitvoeren van verschillende bewegingen wordt significant moeilijker. Deze spontane, natuurlijke neiging tot koppeling tussen de ledematen wordt **mutuele synchronisatie** genoemd en beïnvloedt niet alleen de timing maar ook de uitvoering van de beweging [10](#page=10). > **Example:** Het experiment van Walter & Swinnen toonde aan hoe bimanuele interferentie optreedt wanneer proefpersonen simultaan twee verschillende bewegingstaken met beide armen uitvoeren. Een unidirectionele beweging (elleboogflexie) werd gecombineerd met een flexie-extensie-flexie beweging. De resultaten lieten zien dat het bewegingspatroon van het ene lidmaat in het andere werd herkend, wat wijst op een duidelijke koppeling en **bimanuele interferentie** [10](#page=10) [11](#page=11) . Deze bevindingen suggereren dat er geen parallelle onafhankelijkheid bestaat tussen de ledematen. Echter, in het dagelijks leven zijn er talloze situaties die juist de samenwerking en gedifferentieerde functie van de ledematen vereisen, zoals het knopen van schoenveters, koken of typen. Daarom is **bimanuele coördinatie**, oftewel het "loskoppelen" van de bovenste ledematen, een cruciaal aandachtspunt in revalidatie [11](#page=11). ### 2.3 Bewegingssynergiën bij menselijke bewegingen De gekoppelde bewegingen tussen ledematen zijn een manifestatie van **bewegingssynergiën**. Dit concept beschrijft de situatie waarin een groep spieren als een functionele eenheid wordt geactiveerd, waardoor ze simultaan contraheren en relaxeren, of een gecoördineerd sequentieel patroon vertonen. Bewegingssynergiën ontstaan door een neurale koppeling van spieren, vaak via zenuwcircuits in het ruggenmerg of de hersenstam. Activatie van zo'n neuraal circuit leidt tot een karakteristiek, gecoördineerd bewegingspatroon [11](#page=11) [12](#page=12). #### 2.3.1 Het vrijheidsgradenprobleem en de rol van synergiën Volgens de visie van Bernstein is het bestaan van synergiën een voordeel, omdat het het motorisch controlesysteem ontlast van de enorme uitdaging om alle vrijheidsgraden van het lichaam te leiden tot een doelmatig bewegingspatroon. Dit wordt ook wel het **vrijheidsgradenprobleem** genoemd. De natuurlijke neiging tot synchronisatie, uitgedrukt in bewegingssynergiën, beperkt de vrijheidsgraden en is prominent aanwezig aan het begin van een leerproces [12](#page=12). > **Example:** Een beginnende skiër die zijn bovenlichaam stijf houdt, of een peuter die leert stappen en schouderrotaties en armzwaai achterwege laat, illustreert hoe bewegingssynergiën het aantal te controleren vrijheidsgraden beperken [12](#page=12). #### 2.3.2 Bewegingssynergiën als beperking Vanuit een ander perspectief kunnen bewegingssynergiën als beperkend worden beschouwd, omdat ze de simultane uitvoering van verschillende bewegingen kunnen verhinderen. Deze koppeling kan echter tot op zekere hoogte worden onderdrukt door oefening en extrinsieke feedback [12](#page=12) [13](#page=13). #### 2.3.3 Bewegingssynergiën in de visie van Latash Latash daarentegen ziet de veelheid aan vrijheidsgraden niet als problematisch, maar juist als verrijkend omdat het het motorisch systeem flexibiliteit biedt voor aanpassing. Dit leidt tot het concept van **motorische equivalentie**, waarbij verschillende bewegingsmogelijkheden leiden tot hetzelfde motorische antwoord [13](#page=13). > **Example:** Lopen met skibotten beperkt de bewegingsmogelijkheden van de enkel, maar stappen is nog steeds mogelijk door aanpassingen in de heup- en kniebeweging [13](#page=13). Binnen deze visie wordt een bewegingssynergie gedefinieerd als een organisatie van elementaire variabelen (vrijheidsgraden) die leidt tot de stabilisatie van een belangrijke prestatievariabele, wat meer ruimte biedt voor flexibiliteit [13](#page=13). > **Example:** Onderzoek naar spieractivatiepatronen tijdens wandelen heeft aangetoond dat vier synergiën volstaan om de activiteit van 16-20 spieren in het onderste lidmaat te verklaren [13](#page=13). #### 2.3.4 Klinische implicaties van bewegingssynergiën Bij neurologische aandoeningen, zoals hersenverlamming bij kinderen of na een herseninfarct bij volwassenen, is aangetoond dat het aantal synergiën verminderd is tot twee of drie. Dit duidt op een vermindering in selectieve spiercontrole [13](#page=13). --- # Dynamische systeemtheorie en motorische ontwikkeling Dit onderwerp introduceert de dynamische systeemtheorie als een model voor motorische coördinatie, bespreekt het 'finger tapping' experiment van Kelso, het Haken-Kelso-Bunz model en de toepassing van deze theorieën op de motorische ontwikkeling, inclusief klinische implicaties. ### 3.1 De dynamische systeemtheorie als model voor interlimb coördinatie De dynamische systeemtheorie is een wetenschappelijke stroming die motorische coördinatie niet bekijkt vanuit centrale sturing, maar zich richt op de totstandkoming ervan. Beperkingen (constraints) in het individu, de taak en de omgeving bepalen het uiteindelijke bewegingsresultaat. Deze theorie stelt dat het systeem zichzelf organiseert tot een functioneel bewegingspatroon dat het beste is aangepast aan de omstandigheden, gedreven door mechanische factoren zoals zwaartekracht, in plaats van door centrale zenuwstelselprogramma's [13](#page=13) [14](#page=14). #### 3.1.1 Het “finger tapping” experiment van Kelso Het oorspronkelijke onderzoek van Kelso betrof ritmische vinger- en handbewegingen, waarbij proefpersonen hun wijsvingers ritmisch heen en weer bewogen (flexie-extensie) in-fase of uit-fase, terwijl de oscillatiefrequentie systematisch werd verhoogd met een metronoom [14](#page=14). De observaties waren als volgt [15](#page=15): 1. Bij lage frequenties konden zowel in-fase als uit-fase bewegingen goed worden uitgevoerd. 2. Bij het opdrijven van de frequentie schakelde men over van de uit-fase naar de in-fase beweging, waarbij homologe spiergroepen simultaan geactiveerd werden. 3. Deze transitie gebeurde plots, rond een kritische frequentie. 4. Bij het verlagen van de frequentie schakelde men niet meer terug naar de uit-fase modus. > **Tip:** Dit experiment toont aan dat motorische coördinatie niet altijd lineair en voorspelbaar is, maar kan veranderen onder invloed van de snelheid van de beweging. #### 3.1.2 Het Haken – Kelso – Bunz model Dit model is gebaseerd op het finger tapping experiment en beschrijft de koppeling tussen de linker- en rechterhand door middel van de relatieve fase, $\phi$. Een relatieve fase van $\phi = 0^\circ$ betekent in-fase coördinatie (perfect dezelfde beweging), en $\phi = 180^\circ$ betekent uit-fase coördinatie (perfect tegengestelde beweging) [15](#page=15). Het model gaat uit van zelforganisatie, waarbij het systeem zich organiseert in stabiele modi (attractoren), zoals simultaan bewegen (in fase) of tegengesteld bewegen (uit fase). De beperkingen van het systeem laten deze stabiele coördinatie toe. Bij lage frequenties zijn er twee stabiele attractoren. Bij hogere frequenties wordt de uit-fase beweging onstabiel, en schakelen deelnemers over naar de in-fase beweging als de enige stabiele attractor. Deze overschakeling is relatief plotseling [15](#page=15). Visueel wordt dit weergegeven met twee attractoren bij lage frequentie ($\phi = 180^\circ$ en $\phi = 0^\circ$) en één stabiele attractor bij hoge frequentie ($\phi = 0^\circ$) [16](#page=16). > **Voorbeeld:** Stel je voor dat je met beide handen een ritmisch tikken uitvoert. Bij een rustig tempo kun je ervoor kiezen om beide handen tegelijk te tikken (in fase) of om ze afwisselend te tikken (uit fase). Als je het tempo sneller en sneller maakt, zul je merken dat het steeds moeilijker wordt om de afwisselende tikken vol te houden en je vanzelf overschakelt naar het tegelijkertijd tikken met beide handen. ### 3.2 De dynamische systeemtheorie toegepast op motorische ontwikkeling Esther Thelen paste de ideeën van het Haken-Kelso-Bunz model en zelforganisatie toe op de ontwikkelingspsychologie om de ogenschijnlijk sprongsgewijze ontwikkeling van motorische vaardigheden bij jonge kinderen te verklaren. Dit onderzoek verschoof de aandacht naar factoren buiten het centrale zenuwstelsel die de motorische ontwikkeling vormgeven, zoals voldoende bewegingservaring in een gevarieerde omgeving [16](#page=16) [17](#page=17). Het onderzoek naar de "infant stepping reflex" van Thelen wordt beschouwd als een van de eerste studies die de dynamische systeemtheorie in de motorische ontwikkeling plaatste. Een belangrijk inzicht is dat tijdens de verwerving van een nieuwe motorische vaardigheid, er soms regressie kan optreden in andere vaardigheden [16](#page=16) [17](#page=17). ### 3.3 Klinische implicaties van de dynamische systeemtheorie De belangrijkste klinische implicatie is het loslaten van de verwachting dat motorisch leren geleidelijk en lineair verloopt; het is dynamisch en niet-lineair. Er zijn vaak meerdere, alternatieve wegen mogelijk om een bewegingsvraag te beantwoorden, hoewel sommige alternatieven waarschijnlijker zijn dan andere [17](#page=17). Motorisch gedrag ontstaat door de interactie tussen het individu, de motorische taak en de omgeving, beïnvloed door een veelheid aan factoren. In revalidatie moet hier rekening mee gehouden worden [17](#page=17). De theorie stelt dat bepaalde omstandigheden (constraints) het dynamische systeem sturen naar een specifieke modus van bewegen (attractor status). Een geobserveerd bewegingspatroon kan stabiel en geschikt zijn gezien de beperkingen waarmee een patiënt geconfronteerd wordt. Drastische veranderingen in omstandigheden kunnen echter leiden tot een overschakeling naar een andere modus [17](#page=17). > **Tip:** Bij het werken met patiënten met motorische problemen is het belangrijk om niet alleen te focussen op het corrigeren van "fouten" in bewegingspatronen, maar ook te kijken naar de onderliggende factoren en beperkingen die tot dit patroon leiden, en te erkennen dat afwijkende patronen soms functionele adaptaties kunnen zijn. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Bewegingscoördinatie | Het gecoördineerd verlopen van bewegingen waarbij de grootte, richting en timing van geleverde krachten zijn afgestemd op taakvereisten en omgevingsomstandigheden, met samenwerking tussen sensorische, neuronale en musculoskeletale systemen. | | Oog-hand coördinatie | De afstemming van handelingen die met de hand worden uitgevoerd op wat met de ogen wordt waargenomen, en vice versa, wat essentieel is voor veel doelgerichte bewegingen. | | De wet van Fitts | Een wetmatigheid die een lineaire relatie beschrijft tussen de bewegingstijd en de moeilijkheidsindex van een taak, waarbij de bewegingstijd toeneemt met een grotere amplitude en een kleiner doel. | | Amplitude | De afstand die een beweging aflegt, gemeten vanaf het beginpunt tot het eindpunt van de beweging. | | Doelgrootte (W) | De breedte of afmeting van het eindpunt waar de beweging naar gericht is, bepalend voor de precisie die vereist is. | | Bewegingstijd | De totale tijd die nodig is om een beweging van begin tot eind uit te voeren. | | Moeilijkheidsindex (Index of Difficulty) | Een maatstaf die de complexiteit van een bewegingstaak kwantificeert, berekend op basis van de bewegingsamplitude en doelgrootte. | | Speed-accuracy trade-off | Het fenomeen waarbij een hogere bewegingssnelheid vaak ten koste gaat van de nauwkeurigheid, en vice versa, wat een fundamentele afweging is in motorische taken. | | Bimanuele coördinatie | De coördinatie tussen de twee handen of bovenste ledematen tijdens het uitvoeren van taken, waarbij soms neiging tot gelijktijdige of gesynchroniseerde bewegingen optreedt. | | Bewegingssynergiën | Een functionele eenheid waarbij een groep spieren gecoördineerd wordt geactiveerd om een beweging uit te voeren, wat helpt bij het reduceren van het aantal vrijheidsgraden. | | Vrijheidsgradenprobleem | De uitdaging voor het motorisch controlesysteem om de vele beschikbare bewegingsmogelijkheden (vrijheidsgraden) van het lichaam te sturen naar een doelmatige beweging. | | Motorische equivalentie | Het fenomeen waarbij verschillende manieren van spieractivatie of bewegingsorganisatie kunnen leiden tot hetzelfde functionele motorische resultaat of gedrag. | | Dynamische systeemtheorie | Een theoretisch raamwerk dat motorisch gedrag verklaart als een emergent resultaat van interacties binnen een dynamisch systeem van het individu, de taak en de omgeving, zonder centrale sturing. | | Zelforganisatie | Het proces waarbij een systeem, zoals het menselijk bewegingsapparaat, zichzelf organiseert om een stabiel en functioneel bewegingspatroon te vormen onder invloed van interne en externe factoren, zonder expliciete programmering. | | Attractor | Een stabiele toestand of modus van bewegen waar een dynamisch systeem naartoe wordt getrokken en waar het de neiging heeft om terug te keren na kleine verstoringen. | | Constraints (beperkingen) | Factoren inherent aan het individu (fysiologisch, cognitief), de taak (doel, complexiteit) of de omgeving (ondersteuning, weerstand) die de mogelijke bewegingsresultaten bepalen en sturen. | | Haken – Kelso – Bunz model | Een wiskundig model dat de overgang tussen stabiele coördinatiemodi (attractors) beschrijft op basis van veranderende parameters zoals frequentie, toegepast op ritmische bewegingen. |