Очерки по физиологии движений и физиологии активности

ОЧЕРК ПЕРВЫЙ
К ИСТОРИИ ИЗУЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЙ1

Интерес к человеческим движениям возник уже очень давно. Этюды по движениям человека наряду с интереснейшими наблюдениями по другой отрасли биомеханики — движениям животных — находятся в бумагах Леонардо да Винчи и относятся к концу XV века. Двумя столетиями позже в Лейдене вышла книга Borelli («De motu animalium»), впервые приведшая в связную форму то немногое, что тогда было известно по биомеханике.

Систематическое экспериментальное изучение движений началось значительно позже. Первые фундаментальные работы в этом направлении — труды братьев W. и E. Weber — появились в начале XIX века. W. Weber и E. Weber положили много труда на экспериментальный анализ человеческой ходьбы. Их работы сохраняли свое значение и цитировались во всех руководствах очень долгое время — на протяжении всего столетия, пока одно важное обстоятельство почти внезапно и почти полностью не обесценило их.

Этим обстоятельством, огромное значение которого и до сих пор как следует не оценено, было изобретение и внедрение в науку моментальной фотографии.

Братья Weber могли экспериментировать лишь очень несовершенными способами. Они измеряли катетометрами и мерительными лентами все то, что удавалось подметить и уловить в мимолетной, быстро сменяющейся картине движения. Но все эти измерения не могли справиться ни с одной из трех важнейших переменных, учет которых необходим для верного понимания двигательного процесса. Это три переменные суть: 1) переменная времени, 2) переменная пространства, 3) переменная комплексности.

Если точная регистрация времени сделалась доступной экспериментальной науке независимо от моментальной фотографии (но все же после братьев Weber) благодаря изобретению маятника Гельмгольца, кимографа Людвига и хроноскопа Гиппа, то две другие из упомянутых переменных и поныне остаются в полной вассальной зависимости от камеры обскуры и светочувствительного слоя. Мы не имеем другого способа, который мог бы потягаться с фотографическим в деле точного и, главное, быстрого измерения размеров и положений. В особенности же незаменимой фотография становится там, где дело касается измерения быстро меняющихся положений, фиксирования мимолетных фаз, переходящих одна в другую и создающих в совокупности явление движения. Превосходство фотографии над всеми другими видами измерения пространства настолько признано сейчас практикой, что даже геодезия — король и рекордсмен точности всех наук об измерении пространства — полностью перешла в наше время на фотографический метод (аэрофотосъемки) для своих ответственнейших работ.

Что касается комплексности, то ни ее огромное значение для изучения физиологии животного организма, ни та решающая роль, которую по отношению к ней приобретает моментальная фотография, еще не оценены до настоящего времени научной практикой в полной мере.

Если изучаемый процесс представляет собой не кучу (или сумму), а организованное единство (или синтез) явлений, то и метод его экспериментальной регистрации должен быть не «кучей» методов, а единым методом, внутренне слитным, воспринимающим и оттеняющим не только отдельные составляющие процессы, но вдобавок к этому и их взаимную сочетанность, взаимодействие и живую связь. Нет сомнения, что когда-нибудь в распоряжении физиологии будет арсенал таких методов, но в настоящее время, на первых шагах практического осознания нужды в этой комплексности, она располагает всего одним методом — методом фоторегистрации. Эта начальная бедность, конечно, чрезвычайно суживает наши исследовательские возможности сравнительно с тем, чего мы вообще хотим и надеемся достичь. Зато области, для обслуживания которых фоторегистрация пригодна, несомненно, оказываются уже сейчас в выигрышном и передовом положении. К таким областям относится наука о движениях животных и человека.

В самом деле, помимо точности и отчетливости регистрации переменной пространства и мельчайших подразделений времени, фоторегистрация движений дает нам еще одно методическое преимущество: единовременное (симультанное) изображение движения множества точек и частей организма в их совместном протекании и взаимной связи. Простая кинолента, на которую заснято какое-либо движение обнаженного человека, содержит в себе одновременно в доступных измерению и соразмерных масштабах картину движения бесчисленного множества точек поверхности тела, весь кинематический комплекс этих движений. И если можно поставить что-нибудь в упрек такой фотозаписи (биомеханика и сделала вскоре этот упрек, как мы увидим ниже), то только то, что этих зарегистрированных точек слишком много. Но сделать шаг назад уже всегда легче, чем проделать обратное движение в сторону увеличения.

Рис. 1.

Рис. 1. Бег лошади — серия снимков Muybridge (около 1860 г.).

Рис. 2.

Рис. 2. Ходьба человека. Серия снимков Muybridge. Частота 12 снимков в секунду.

Успешное внедрение моментальной фотографии в науку о движениях произошло в 70-х годах прошлого века. В первой фазе этого внедрения фоторегистрация сама по себе была настолько пленительна для исследователя, что сделалась для него самоцелью. Главной задачей большого ряда работ, проведенных в тот период, было получение быстрых и верных действительности фотозаписей последовательных фаз живого движения. Начав с самых «робинзоновских» средств — мокрого коллодионного процесса, при малосветосильных объективах, позволявших получать одни только силуэты (рис. 1), американский исследователь Muybridge (1901) постепенно дошел до блестящих по технике съемок последовательных положений тела (рис. 2). Аналогичные опыты проводил в Германии Anschütz.

Рис. 3.

Рис. 3. Бег человека. Хронофотограмма Marey.

Рис. 4.

Рис. 4. Прыжок в длину. Хронофотограмма Marey.

Рис. 5.

Рис. 5. Полет цапли. Хронофотограмма Marey.

Marey (1894, 1901) в Париже начиная с 80-х годов опубликовал в отчетах Французской академии огромное количество работ, посвященных фотозаписи движений (рис. 3, 4, 5, 6). И каких только движений, каких только животных не было заснято в этот медовый месяц фотографии и физиологии! Marey снимал ходьбу, бег, прыжки и скачки, снимал лошадей, птиц, рыб в особых бассейнах. Ассистент его Bull дошел до виртуозного совершенства в сверхмоментальной съемке мелких предметов — насекомых, а впоследствии ружейных пуль. Marey увлекало все — движения крыла голубя, изучавшиеся им в трех измерениях одновременно (рис. 7) и утилизированные теоретической авиацией того времени, движения плавникового плаща морского ската, стоячие волны в воде, перевертывание кошки, сброшенной с высоты ногами кверху.

Рис. 6.

Рис. 6. Полет пчелы. Серия снимков Bull.

Рис. 7.

Рис. 7. Съемка полета голубя тремя камерами одновременно. Домики и яма на земле обеспечивают черный фон для каждого из снимков (Marey).

Но пока моментальная фотография расцветала в науке как искусство для искусства, пока ассистент Marey спорил с братьями Lumière о первенстве в изобретении кино, Marey успел подойти к критической оценке сделанного им до этого времени и обратился к новым формам исследования, определившим собой вторую и чрезвычайно значительную фазу в развитии фотографического изучения движений.

С точки зрения внешнего блеска, количественного изобилия данных этот шаг Марея был отступлением. По существу, методологически, это был решающий и крупный шаг вперед. Для исследования движений был пробит новый путь: с этого времени моментальная фотография вместо самоцели стала мощным средством физиологического анализа.

Marey ограничил число заснимаемых точек движущегося объекта. По началу это было сделано чрезвычайно просто. Отпечатлевается на снимке то, что светло, не отпечатлевается то, что черно. Marey зачернил все точки тела испытуемого, кроме тех, которые продолжали интересовать его. Он одел человека с головы до ног в черное трико (рис. 8) и на голову набросил капюшон. Из всей поверхности тела он оставил светлыми только узенькие полоски вдоль осей звеньев конечностей да голову отметил светлой точкой. Полоски были сделаны из серебристой галунной тесьмы. Теперь на его хронофотографиях вместо полных фигур (см. рис. 3—4) стали появляться палочковые схемы-человечки из спичек (рис. 9). Благодаря узости этих спичек он мог заснимать фазы движения гораздо более часто, не боясь, что одна фигура наложится на другую и смажет ее.

Рис. 8.

Рис. 8. Испытуемый Marey.

Рис. 9.

Рис. 9. Хронофотограмма бега Marey.

Технический выигрыш от этого нововведения значительный: исследователь получает от данного движения впятеро больше фаз за то же время. Но безо всякого сравнения важнее принципиальное значение мареевского изобретения. Разберем его.

Прежде всего (это ярче всего бросается в глаза) достигается значительная выгода в смысле доступности описания: описать или охарактеризовать каким-либо путем движение бесчисленного множества точек вообще невозможно. Уменьшив число заснимаемых точек, Marey конкретизировал свой объект: он выделил на теле ряд опознавательных пунктов и этим получил возможность наблюдать за их движением, не теряя их из виду. Если учесть еще увеличение частоты съемки, ставшее возможным при «палочковом» способе, то можно сказать, что Marey потерял на числе наблюдаемых точек, но тем самым выиграл на детальности знакомства с движением каждой из оставшихся точек. Он схематизировал и урезал движущийся объект, но не процесс его движения.

Еще ярче сказываются преимущества мареевской схематизации для изучения кинематики движений, если пойти еще дальше в направлении этой схематизации объекта, как это и было сделано Marey и Demeny в дальнейшем. Если схематизировать человека в виде фигурки из прямых линий по типу рис. 8, то очевидно, что нет надобности заснимать эти прямые линии целиком. Всякая прямая определяется двумя точками, поэтому достаточно от каждой из прямых сохранить только ее точечные концы и вместо светлых тесемок снимать блестящие точки. В этой фазе был технически сделан новый шаг вперед. Для повышения яркости и контрастности снимка наклейки, светящиеся отраженным светом, были заменены точками, блестящими собственным светом — лампочками накаливания. На снимках, полученных по этому способу (рис. 12), очертания объекта стушевывались еще более, но зато контуры движения, траектории избранных точек выступили особенно ярко. Хронофотография — съемка фаз во времени сменилась циклографией — съемкой текучего движения точек.

Однако еще важнее другой сдвиг, определившийся тогда же, при переходе от хронофотографии цельных фигур к палочковой хронофотографии и затем к точечной циклографии. Этот сдвиг не бросается сразу в глаза; Marey не суждено было осознать и сформулировать его. Эта заслуга целиком принадлежит другой, лейпцигской исследовательской школе, представленной двумя очень крупными талантами — анатомофизиологами Braune и Fischer (1895—1904).

Braune и Fischer использовали в принципе ту же технику, что и Marey — съемку палочковых схем. Аппаратура их была несколько другая, было больше предосторожностей и экспериментальных тонкостей, но в конце концов получались те же палочковые хронофотографии (рис. 10). Braune и Fischer производили съемку одновременно четырьмя камерами с разных сторон и обставляли дело так, чтобы сделать свои снимки измеримыми и получать по ним действительные пространственные координаты изучаемых движущихся точек. Но эти авторы не ограничивались одной только кинематической картиной движения: они ввели в экспериментальную биомеханику еще и динамику — исследование действующих усилий.

Рис. 10.

Рис. 10. Хронофотограмма ходьбы Braune и Fischer. Частота 26 снимков в секунду. Сантиметровый масштаб впечатан.

Динамическое усилие определяется в механике как произведение ускорения на массу движущегося тела. Ускорение целиком принадлежит к кругу понятий кинематики, и определить его по хронофотографии или по циклограмме не представляет принципиальных затруднений. Другое дело — масса. Эта переменная не вошла в тот перечень переменных, доступных для фотографии, которым я начал эту главу. Определить массу по циклограмме нельзя. Значит, необходимо искать ее другим путем. Иначе придется отказаться от всякого динамического анализа и ограничиться одной внешней картиной движения, чисто пространственно-временной, бестелесной, по существу своему призрачной. Но еще до измерения масс биомеханик должен решить важный вопрос: какие же собственно массы следует ему измерить?

Для большей ясности возьмем в качестве испытуемого червя или медузу. Каждая частица, каждая точка их тела испытывает ускорения, следовательно, находится под действием интересующих биомеханика сил. Но ведь ускорения всех этих точек у названных гибких, бескостных животных различны. Таким образом, нужно узнать массу каждой отдельной мельчайшей частицы тела этих животных и все эти массы поодиночке перемножить с ускорениями соответствующих частиц. Сходная по существу картина имеет место и у человека. И здесь кинолента дает нам картину движений бесконечного множества точек поверхности человеческого тела. Все эти точки имеют различные ускорения. Значит, массы всех их нужно было бы, строго говоря, определять по отдельности. Такая задача явно превышает человеческие силы.

Однако сходные в одном отношении движения медузы и движения человека существенно различны в другом. Человек имеет жесткий скелет, которого лишены названные выше беспозвоночные. На протяжении конечностей и головы скелет этот особенно жёсток. Только туловище является значительно более гибким и нестойким по форме сооружением. Это обстоятельство дает путь к гораздо более простой характеристике движений частиц конечностей и головы человека, нежели тот путь, которым пришлось бы идти при изучении биомеханики мягкотелых.

Можно рассматривать движение каждой частицы конечностей человека как геометрическую сумму двух одновременно совершаемых движений: 1) движения данной частицы по отношению к некоторому среднему положению ее на данном звене и 2) движения самого этого среднего положения вместе со всем звеном, причем это среднее положение (как и подобает всякому среднему) будет уже неизменяемо связано с жесткой осью звена.

Для того чтобы яснее представить себе это, предположим такой вполне аналогичный случай. Мы хотим описать перемещение лица, едущего в плацкартном вагоне из одного города в другой. Для нас будет очень удобно рассматривать это перемещение как геометрическую сумму: 1) перемещения данного лица по вагону относительно принадлежащей ему койки и 2) движения самой койки, жестко связанной с вагоном и уносимой вместе с ним по направлейию, указанному в билете. Степень интереса, какую будет представлять для нас та или другая слагающая, будет, разумеется, зависеть от точки зрения, с какой мы подойдем к описанию взятого случая. Но очень вероятно, что если интересоваться данным перемещением с точки зрения механики, то первая слагающая окажется настолько ничтожной по сравнению со второй, что ею можно без всякого ущерба пренебречь. Ни путь проходимый вдоль вагона длиной 15—20 м, ни скорость хождения 3—4 км/час не выдержат сравнения с сотнями километров пробега и десятками километро-часов скорости вагонной койки.

Теперь нужно только удостовериться, можно ли и в какой мере сохранить количественную аналогию между обоими разобранными случаями, т. е. можно ли пренебречь первой слагающей в случае движения частицы конечности. Здесь все дело зависит от избранной для анализа точки зрения. Если задаться целью исследовать механику движения конечности, то поставленный сейчас вопрос обратится в следующий: насколько меняется положение центра тяжести (статический момент) и момент инерции звена от возможных изменений формы этого звена?

Что касается возможной изменчивости массы звена в целом, то она может зависеть (в сравнительно короткие промежутки времени) только от изменений крове- и лимфонаполнения. Об этих изменениях можно заранее сказать, что на протяжении тех кратчайших интервалов (несколько секунд), с которыми имеет дело хронофотография, они не будут иметь заметного значения.

До настоящего времени на изложенный вопрос нет достоверного экспериментального ответа. Пока можно воспользоваться приблизительными данными и теми сведениями о движении человека, какие мы сейчас имеем, и высказать следующие положения:

1. При изучении биомеханики крупных, размашистых движений человека можно без большой ошибки принимать голову и длинные звенья конечностей за жесткие, неизменяемые тела, т. е. пренебрегать относительными смещениями их мягких частей.

2. По отношению к туловищу такое допущение явно приводит к слишком заметной ошибке, чтобы пренебречь ею безоговорочно. Но так как пока не удается найти ни одного способа для устранения этой ошибки, все же можно рискнуть (с полным сознанием приблизительности получаемых результатов и только в том случае, когда доминирующую роль в движении играют конечности) принимать и туловище за жесткое звено, т. е. считать его центр тяжести несмещаемым, а момент инерции — неизменным на протяжении данного изучаемого движения.

Вот эти-то два положения (в несколько иной формулировке) и были выдвинуты Braune и Fischer в качестве предпосылок к определению масс. Раз сделав изложенные допущения, можно уже, во-первых, поставить на реальную почву вопрос о том, какие именно массы надлежит определять, а, во-вторых, можно на этот раз уже не только с кинематически-описательной, но и с динамической точки зрения свести изучение механики движений человека к исследованию его палочковой схемы.

Я не буду останавливаться здесь на тех чрезвычайно ценных и до сих пор вспомогательных измерениях масс, моментов инерции и положений центров тяжести, которые были произведены Braune и Fischer. Скажу только, что указанные вспомогательные измерения куда ценнее и имели гораздо большее значение для развития науки о движениях человека, нежели собственно хронофотографические исследования этих авторов. Измерения Braune и Fischer заслуживают высокой оценки, несмотря на количественную скудность изученного ими материала и то, что они были выполнены на замороженных трупах, а не на живом человеке. Только в последнее время недостаточность данных Braune и Fischer начинает чувствоваться все острее. Как уже сказано, наша лаборатория работала с 1931 по 1935 г. над заменой их более достоверными и точными.

Итак, шаг вперед Braune и Fischer сводится к тому, что они восприняли палочковую схему человека не только как удобный прием для описания внешней, чисто геометрической картины движения, но и как действительную схему механической структуры человеческого тела, позволяющую легко измерить и выразить на математическом языке динамику движений на основании материала, доставляемого хронофотограммой.

По сокращенной шарнирной схеме (рис. 11) человеческое тело разбивается на следующие 14 звеньев, предполагаемых жесткими, если об этом не делается дальнейших оговорок:

  Голова  
Плечо   Плечо
Предплечье   Предплечье
Кисть Туловище Кисть
Бедро   Бедро
Голень   Голень
Стопа   Стопа
Рис. 11.

Рис. 11. «Сокращенная схема тела» по Braune и Fischer (см. стр. 21).

Каждому из этих звеньев присваивается определенная постоянная масса и постоянное же положение центра тяжести. Относительно центра тяжести туловища и права на признание последнего жестким звеном мной уже была сделана оговорка. Что касается кисти руки, то Braune и Fischer дают положение ее центра тяжести для средней покойной позы ее при согнутых пальцах. Для движений, сопряженных с изменениями позы кисти, это определение явно не годится. Если движение совершается большими тяжелыми органами тела, то смещениями центра тяжести внутри кисти можно пренебречь, поскольку ее масса вообще мала по сравнению со всеми прочими массами, участвующими в движении.

Со смертью Fischer около 1907 г. исследования лейпцигской школы прекратились. В наследство от нее остались богатые, изумительно точные материалы по структуре и кинематике органических сочленений, описанные выше измерения относительных масс, статических моментов и моментов инерции звеньев и систем тела, и огромное шеститомное исследование человеческой ходьбы по хронофотографическому методу — первое в истории циклограмметрическос исследование движения. В этих шести томах Fischer (Braune умер вскоре после начала опытов) проанализированы с чрезвычайной тщательностью три акта ходьбы — фактически три хронофотограммы, каждая из которых состояла, однако, из 4 негативов размером 18×24 см, полученных, как выше указывалось, одновременно в четырех камерах, стоявших с разных сторон от испытуемого. Не следует, впрочем, думать, что способность написать 6 томов о трех циклограммах свидетельствует об исключительном глубокомыслии Fischer. После той высокой хвалы, какую я воздал ему в предшествующем изложении, память его не будет оскорблена правдивым упоминанием о его недостатках. Fischer просто необычайно многословен. Его книги о ходьбе в общем малоинтересны, и их содержание можно было бы полностью изложить на 6—7 печатных листах.

Книги Фишера произвели на научную публику впечатление того удручающего, обескураживающего почтения, которое является всегда верным залогом того, что работа в этом направлении не будет продолжаться. Изумительная точность и тщательность. Измерения при помощи микроскопа специальной конструкции, обработка материалов в течение 8 лет, 6 томов печатного текста — все это ради анализа трех актов ходьбы одного испытуемого. Можно было бы предсказать заранее, что чем больше будет преклонение перед мужеством этого отважного путешественника по Арктике науки, тем меньше найдется охотников повторить его научное предприятие. Так и случилось. Продолжателей не нашлось, циклограмметрия замерла.

Анализ этой гибельной кропотливости очень поучителен. Сравнивая методику, применявшуюся Fischer, с современным состоянием техники циклограмметрии, мы можем сказать, что его работа была подобна работе кустаря-кружевника или ковровщика, считавшего себя счастливым, если ему удавалось создать за день 1—2 дм2 драгоценной ткани. Эта кустарность поражает на каждом шагу при изучении работ Fischer, кустарность не внешняя, потому что для него делалась по особым заказам сложная и дорогая аппаратура, а именно внутренняя, так сказать, принципиальная кустарность. Fischer не дошел еще до потребности рационализировать, механизировать, упростить свое производство. Точнейшие, громоздкие до педантизма приемы измерения чередуются у него с очень грубыми, примитивными, зачастую просто ненадежными графическими приемами анализа, и Fischer не замечает, что неточность этих приемов, делает совершенно ненужной, зря потраченной всю предшествующую кропотливость. Никто не станет, вычисляя длину окружности 2 πR, брать для перемножения π с 20 десятичными знаками, если измерение R надежно только до второго знака. Между тем это самое, только в менее явной форме делает Fischer. Можно сказать, что его теоретические предпосылки куда выше, чем его же практическое осуществление их.

Так или иначе работы Фишера не находили продолжателей в течение 15—20 лет. Циклография в ее новейшей, мареевской, форме с лампочками накаливания, несравненно более легкой и удобной, нежели методика гейслеровских трубок Braune и Fischer, уцелела только в самом примитивном виде. Там и сям применялась она как оригинальный иллюстрационный прием для характеристики того или иного рационализаторского мероприятия на капиталистическом производстве (Gilbreth, 1909, 1917; Thun, 1922, 1923; Townsend, 1919), там и сям всплывала наряду с ней и старинная хронофотография полных фигур (Frémont), но ни тот ни другой прием в иллюстрационном отношении не мог и дерзать состязаться с кино. Кино сделалось монопольным инструментом для моментальной фоторегистрации. Киносъемочные аппараты стали необходимой принадлежностью каждой серьезной лаборатории.

Кинорегистрация снова возвращает нас к эпохе полных хронофотограмм и устраняет основной прогрессивный принцип, введенный в науку о движениях Marey, Braune и Fischer, принцип сокращенной точечно-палочковой схемы. Киноснимок безупречно нагляден, но он неизмерим и не потому, что кадры его мелки или грейферный механизм в настоящем виде его несовершенен, а прежде всего потому, что киноснимок лишен тех опорных точек, которые выделяют в движении основное и, отбрасывая все ненужное и второстепенное, обеспечивают самую возможность анализа. Вот почему мы сосредоточили все свое внимание на циклограмметрическом методе. Разумеется, циклограмму, годную для обработки по излагаемым ниже методам, можно получить и при помощи киносъемочного аппарата2, но кино при этой процедуре, очевидно, потеряет характерные специфические особенности.


В дореволюционной России исследование движений проводилось мало. Замечательные и во многом оригинальные работы П. Ф. Лесгафта по динамической анатомии, несмотря на их большой интерес, все же непосредственно не связаны с физиологией движений. Если назвать еще полный наблюдательности и остроумия, но, к сожалению, не подкреплявшийся экспериментами «Очерк рабочих движений человека» И. М. Сеченова, то этим исчерпывается все, что имелось в этом направлении до Октябрьской социалистической революции3.

Пионерами опытного изучения движений в Советском Союзе и первыми, начавшими разрабатывать циклографическую технику, были K. X. Кекчеев и H. П. Тихонов (1923), начавшие свои опыты с 1920 г. в Центральном институте труда. На следующий год к ним присоединились А. П. Бружес, А. А. Яловый (1924) и автор. С этого времени исследование двигательных актов человека развивалось все более расширяющимся фронтом как по числу научных работников и лабораторий, включившихся в эту проблематику в Москве, Ленинграде, Тбилиси и др., так и по количеству объектов изучения. На здоровых, нормальных субъектах был исследован целый ряд трудовых процессов: станочные работы, работа молотком, опиловка, движения водителей транспорта, переноска тяжестей, движения музыкантов-исполнителей и многое другое. Очень разносторонне были исследованы локомоторные движения — ходьба, бег, прыжок, коньки, даже плавание. Первые два вида обстоятельно изучались в их возрастном развитии (см. Очерк VI и VII), а бег и прыжки, движения лыжников, футболистов и т. д. — в исполнении сильнейших мастеров спорта. Патологические нарушения движений и их восстановление исследовались на материале невропатологии, а особенно детально и углубленно — на лицах, подвергшихся ампутации верхних и нижних конечностей. Эта опись далеко не полна, но уже способна дать представление о том, насколько велик был охват материала, изучавшегося в обсуждаемом направлении.

Необходимо упомянуть о том, насколько обогатился за последние годы арсенал вспомогательных средств, которые оказалось возможным применить к анализу движений наряду с фотографическими методами. Важнейшим из них, безусловно, надо признать метод электромиографии с того момента, как были разработаны средства для регистрации мышечных потенциалов без специальной экранировки исследуемого при движениях с большими амплитудами, как ходьба (Я. Л. Славуцкий), велосипедная езда (Л. В. Чхаидзе, 1958, 1959, 1960, 1961) и т. п. Ведя электромиографическую запись одновременно и синхронизированно с цикло- или киносъемкой, авторы смогли получить богатый физиологический материал по двигательной координации.

Далее, современная техника предоставила в распоряжение исследователей большое количество видов датчиков, компактных и точных, которые также оказалось возможным использовать в комплексе с циклографией и кинематографией. Сюда нужно отнести гониометрические датчики для регистрации суставных углов, тензометры для замера механических напряжений всякого рода, акцелерометры для непосредственной записи ускорений и т. п. В самое последнее время находит все более широкое применение телеметрическая техника регистрации на радиосвязи. Если принять во внимание, что в зарубежной литературе послевоенного периода совершенно не встречается серьезных экспериментальных работ по исследованию движений [исключением являются только работы Drillis (1933, 1958, 1959) по геронтологии], то можно смело сказать, что в этой области советская наука продолжает занимать то ведущее положение, которое прочно закрепилось за ней начиная с 20-х годов.

И бедность списка работ по физиологии движений на протяжении всего XIX века, и то ничтожное внимание, которое уделяется этой области в учебных руководствах (по инерции, к сожалению, вплоть до нашего времени), не случайны. То и другое необходимо поставить в связь с общим ходом развития физиологической науки. Как будет подробнее показано в очерках третьего раздела, с начала нашего столетия центр интереса физиологии неуклонно перемещается от изолированных функций к отправлениям целостных функциональных систем, от состояний покоя (естественного или создававшегося искусственно обезглавливанием или наркозом) к состояниям деятельности и, наконец, от физиологии животных к физиологии человека в его активности в труде или спорте. Не требует большой аргументации то, что для физиологии двигательных актов не находилось места в исследовательских программах прошлого века, но что связанные с ней проблемы стали приобретать все возрастающий интерес в наши дни.

Путь развития советской науки о движениях человека отмечен двумя последовательно пройденными ступенями, которые прогрессивно углубляли ее общефизиологическую значимость и позволили увидеть в ней путь к существенно новой и актуальной биологической проблематике. Она начала с биомеханики, с того уровня, который достался ей в наследство от работ Braune, Fischer, Harless и их немногих современников, и с узко прикладного направления рационализации и нормализации трудовых движений, наметившегося в Америке у развивателей тэйлоризма F. Gilbreth и L. Gilbreth. Постепенное уточнение методики и энергичное расширение круга изучавшихся объектов помогли, однако, вскрыть в движениях нечто значительно более глубокое, чем их чисто внешняя биомеханическая картина. Движения оказались индикатором внутренних процессов управления и регуляции, несравненно более глубоким и многосторонним, чем какие бы то пи было рефлексы. Биомеханика стала перерастать в физиологию двигательных актов.

Чем дальше, тем в большей степени за вопросами управления текущими процессами движения стали, однако, вырисовываться вопросы становления и развития двигательных актов в филогенезе, раннем онтогенезе, развитии умений и сноровок и т. п. На первый план стала выдвигаться проблема причинной обусловленности движений, их зарождения и внутреннего планирования. По сути это была общая проблема инициативы в приложении к той почти единственной форме жизненных отправлений, посредством которой организм не только взаимодействует с окружающим миром, но и активно воздействует на него, добиваясь в нем изменений в том направлении, какое ему потребно. Физиология двигательных актов тем самым подводила исследователей к новому направлению — к физиологии активности, перерастающей уже сейчас в еще более широкую форму общей биологии активности. Проблема физиологии активности — это проблема антиэнтропического преодоления среды, проблема поиска и предваряющего планирования своих действий, а тем самым — общая проблема оптимизации организмом условий для своего роста и закономерного развития. В последующих очерках этой книги постепенный путь, проделанный наукой о движениях, будет обрисован в меру сил и умения автора.

Необходимо остановиться здесь же, хотя бы в немногих словах, на широком круге очень успешных опытов практического использования циклограмметрии в применении к задачам трудовой и спортивной педагогики. Начало этим опытам положено было доктором биологических наук Л. В. Чхаидзе, вообще чрезвычайно много сделавшим для преподавания и применения биомеханики к задачам практики. Идея этого вида опытов состояла в подаче показаний педальных тензометров при велосипедном педалировании на экран осциллоскопа, помещенный в поле зрения исследуемого на велоэргометре. Это мероприятие переключало сигнализацию об усилиях педалирующих ног с проприоцептивного канала на зрительный, обладающий в одно и то же время большей точностью и большей осознаваемостью воспринимаемых им сигналов. В концепции Л. В. Чхаидзе это являлось вместе с тем переключением с внутреннего коррекционного кольца на внешнее, связанное с организованными по другому кортикальными приборами сличения. Такая временная деавтоматизация двигательного акта на том этапе его развития, когда настоящие автоматизмы еще не могли успеть выработаться и закрепиться, не вносит в вырабатываемый навык никаких нарушений, а при этом способствует тому, чтобы автоматизации подвергались как раз наиболее совершенные механизмы управления двигательным актом. Может быть, особенно важно то, что обучающийся, которому перед опытом были показаны конфигурации динамических осциллограмм лучших мастеров, значительно быстрее вырабатывает в себе правильные навыковые формы, чем при старых способах обучения и тренировки «вслепую». Эта методика была заимствована и использована также работниками Центрального научно-исследовательского института физической культуры в Москве (В. Муравьев, В. Девишвили) в применении как к велосипедному педалированию, так и к другим видам легкоатлетических упражнений со столь же отчетливым успехом.

Замечательные результаты использования той же идеи «наглядной осциллоскопии» были получены в последние годы И. Н. Яровым при обучении подростков операции опиловки. Обнаружилось, что труднейшая для начинающих задача управления — выдерживание горизонтальности направления и хода напильника с постепенной передачей нажимного усилия от одной руки к другой при описанном методе обучения осваивается и быстрее, и с достижением значительно более высокой точности, чем при тренировке прежними способами. Наконец, нельзя не упомянуть также о тех успешных результатах, какие получаются при подаче на экран электромиограмм работающих мышечных групп, создавая возможность сознательного самоконтроля в отношении времен вступления и дозировки усилий мышц-участниц того или иного сложного навыкового акта. Этот путь оказался очень плодотворным как в отношении спортивных движений, так и в отношении координации при движениях в протезах верхних и нижних конечностей (Я. Славуцкий). Не может быть сомнения, что прикладное использование данных и методов физиологии движений при современной высокой аппаратурной технике, уже оправдавшее себя в различных областях, вплоть до тренировки космонавтов (А. Газенко, Л. В. Чхаидзе), имеет большую и неоспоримую будущность4.


1 Очерк заимствован из кн.: Т. С. Попова и З. В. Могилянская. Техника изучения движений. Под ред. Н. А. Бернштейна. М., 1935, гл. 1.

2 Например, кинематографируя человека с надетыми на него лампочками, или с намеченными в избранных пунктах поверхности его тела светлыми точками. Последний прием особенно тщательно разработан А. А. Стуколовым под названием кинографии.

3 Упомяну здесь для полноты еще двух авторов, работы которых долго оставались в безвестности и не оказали поэтому влияния на общее развитие физиологии движений: Г. Грдыня, давшего ряд совершенно абстрактных математических выкладок, и К. Э. Циолковского, этюд которого о механике движений не был тогда опубликован.

4 Литература к этому и последующим очеркам помещена в конце книги.