An oscillator theory of motor unit recruitment

Abstract

The phenomenon of systematic recruitment of motor units with increasing demand load is usually explained by the size principle. Though this principle successfully explains the gain-related aspects of muscle force generation, it does not address the need for desynchronization of motor unit activities in order to produce a smooth tension profile at the level of whole muscle, while individual muscle fibers are "twitching." We propose an oscillator model of motor neurons in which a pool of motor neurons fires a bundle of muscle fibers. Although individual muscle fibers have a complicated tension profile, the tension produced by the entire bundle is regulated and follows a command signal accurately. This is shown to be possible because of uncorrelated activity produced by local inhibitory connections among motor neurons. Connections that produce synchronized oscillations result in uncontrolled contractions of the muscle. These results seem to suggest that while synchronized activity indicates pathology and disease, desynchronized activity is the precondition for normal muscle function. Physiological evidence for the proposed theory of motor unit synchronization is presented.

Motor beceri öğreniminde kas Ko-aktivasyon ve rekürrent inhibisyon aktivitesinin fonksiyonel önemi

“…Diğer negatif geri bildirim döngüsü Renshaw hücrelerini içermektedir. Normal koşullar altında motor nöronların senkronize uyarılmalarının azaltılması ve aşırı deşarj olmalarının engellenmesinin Renshaw hücrelerinin fonksiyonu olduğuna inanılmaktadır (17).…”

“…Daha yüksek motor merkezlerden dereceli komut sinyalleri omirilikteki α-MN havuzuna gelmekte ve nöron havuzu tarafından innerve edilen iskelet kaslarında dereceli güç artışına neden olmaktadır. Bu eksitatör uyarı, size prensibine göre eş zamanlı şekilde tüm α-MN havuzuna eşit olarak yayılmaktadır (17). Ancak motor nöronlar hücre gövdelerinin büyüklüklerine göre devreye girdikleri için daha küçük motor nöronlar daha büyük sinaptik input almakta ve depolarizasyon eşiklerine daha büyük motor nöronlardan önce ulaşmaktadır.…”

“…Ancak motor nöronlar hücre gövdelerinin büyüklüklerine göre devreye girdikleri için daha küçük motor nöronlar daha büyük sinaptik input almakta ve depolarizasyon eşiklerine daha büyük motor nöronlardan önce ulaşmaktadır. Motor performans açısından bu durum ele alındığında; sırayla devreye girme, motor hareketin gerçekleştirilmesi sırasında pürüzsüz ve orantılı olarak güç artışını kolaylaştırmaktadır (17,18).…”