Werkzeuggebrauch - Abbildung und Erlernen der inversen Dynamik und Kinematik des Arms

• Applicant: Professor Dr. Karl Theodor Kalveram (†)
• Subject Area: General, Cognitive and Mathematical Psychology
• Term: from 2000 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5281976

Werkzeuge, wozu auch die eigenen Gliedmaßen zählen, sind formal durch die Werkzeugtransformation gegeben, welche die Funktion des Werkzeugs in Kausalrichtung (von den Muskelkräften zum Werkzeugeffekt) beschreibt. Untersucht werden soll, wie die neuronale Kontrolle solcher Werkzeuge funktioniert, d.h. wie er Muskelkräfte so bereitstellt, daß der jeweils als Ziel gesetzte Werkzeugeffekt auch eintritt. Hierzu führten Versuchspersonen Zielbewegungen mit dem Unterarm aus, deren Verlauf verglichen wurde mit biologisch plausiblen Simulationsmodellen, welche den physikalischen Arm und den neuronalen Kontroller der Funktion nach abbilden. Die bisherigen Ergebnisse, gewonnen am eingelenkigen Arm (Unterarm), deuten auf einen Kontroller hin, welcher sich zusammensetzt aus einem Generator, der eine Beschleunigungsvorlage erzeugt, aus einer Steuerung (feedforward), die ein inverses Modell der Werkzeugtransformation anwendet, und aus einem Regler (negative feedback), welcher auf den mechanischen Eigenschaften des als Drehpendel aufgefassten Muskel-Gelenk-Systems beruht. Es wurde gezeigt, daß dessen Parameter (Federsteifigkeit, Ruhelage, Dämpfungskonstante) rechnerisch identifiziert werden können und der Erwerb des inversen Modells der Werkzeugtransformation im Prinzip auf Hebb-sches Lernen (Langzeitpotenzierung) zurückgeführt werden kann, was eine Verbindung von funktionalen mit molekular- und neurobiologischen Ansätzen nahelegt. Die Untersuchungen sollen an Ein- und Zweigelenk-Bewegungen mit Fragestellungen zum Lernen, zur Re- Adaption und zur Langzeitstabilität fortgesetzt werden. Insbesondere die Zweigelenk-Bewegungen ermöglichen eine kritische Überprüfung des Modellansatzes.

• DFG Programme: Research Grants
• International Connection: USA
• Participating Person: Professor Dr. Jürgen Konczak