Способ тренировки на проприоцептивном тренажере с биологической обратной связью по опорной реакции Российский патент 2021 года по МПК A63B22/00 A63B21/00 A63B22/08 A63B22/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу тренировки для выработки правильного двигательного стереотипа при обучении «досочным» видам спорта.

Предпосылки создания изобретения

При катании на досках (сноуборд, лонгборд, скейтборд, серфинг) человек должен осуществить правильное позиционирование своего центра масс для сохранения равновесия и управления движением спортивного снаряда. Контроль положения тела происходит преимущественно на основе проприоцептивной и вестибулярной афферентации (сигнализации в центральную нервную систему), и в меньшей степени -зрительной, которая задействована для реализации другой задачи - выбора направления движения. Для подготовительной тренировки, адаптирующей к катанию на доске, существует несколько разновидностей специализированных тренажеров. Задача выработки правильного двигательного стереотипа за счет интеграции проприоцептивной и вестибулярной афферентации может быть успешно решена с использованием измерения опорной реакции и основанной на этом биологической обратной связи. Такой способ реализован в тренажере для тренировки равновесия и координации движений (см. патент РФ на полезную модель №200020, заявка №2020104954 - (1). Данный тренажер включает силовую платформу (стабилоплатформу); контактную поверхность для стоп тренирующегося, закрепляемую на силовой платформе; датчики для определения координат общего центра давления на опору; систему управления контактной поверхностью; блок управления и блок визуализации тренировки (визуального канала обратной связи). При этом контактная поверхность для стоп представляет собой доску, имитирующую спортивный инвентарь, соединенную в своей передней части с силовой платформой шарнирно, а система управления контактной поверхностью выполнена посредством механизма, способного поднимать или опускать заднюю часть доски, и подключены к контроллеру, выполненному с возможностью соединения с персональным компьютером и передачи данных. Тренажер создан с возможностью организации биологической обратной связи по опорной реакции с применением визуального канала, принцип действия которого более подробно раскрыт в патенте на полезную модель №200020. В данном тренажере используется силовая платформа, зрительный сенсорный канал освобожден для формирования биологической обратной связи путем контроля положения маркера своего центра масс (отражающего общий центр давления человека, стопы которого установлены на доске, имитирующей спортивный снаряд, на опору -силовую платформу) на экране монитора. Визуальная информация о положении маркера центра масс в этом устройстве формирует обратную связь для эффективного выполнения целевого двигательного акта. Заданным результатом действия служит совпадение текущего положения маркера центра масс с целевой зоной на экране обратной связи, запрограммированной согласно рекомендуемым методам обучения данному виду спорта. Сличение текущего положения маркера центра масс с целевой зоной позволяет быстро осуществить коррекцию позы, исправить ошибку действия и сделать двигательный акт более совершенным. Включение зрительной обратной связи как аппарата контроля позы способствует формированию совокупности кинестетических ощущений, соответствующих «правильному» положению тела над снарядом. Таким образом, использование подобного тренажера позволило бы использовать зрительную обратную связь для более эффективной выработки «правильных» двигательных стереотипов.

Раскрытие изобретения

Проблема, решаемая изобретением

В результате многолетнего опыта тренировки спортсменов в различных видах спорта, связанных с передвижением на досках или лыжах, выработаны подходы к обучению навыкам и улучшению техники езды на этих спортивных снарядах (Например: Э.В. Бугаев Краткое методическое пособие по сноуборду. Первый этап обучения. Начинающие (под ред. Т.В. Ширгалина, В.В. Седельникова, А.А. Трусовой, Т.В. Дунаевой, П.В. Канавина) Москва: Национальная Лига инструкторов, 2017 - 84 с). При этом учитывают особенности биомеханики и характер внешних физических сил, действующих на спортсмена и снаряд. Тренировки в данных видах спорта направлены не только на обучение начальным навыкам и дальнейшее повышение мастерства спортсменов, но также на предотвращение травм, увеличение уровня физической работоспособности, улучшение системы управления движением, поддержание тонуса мышц.

Особенностью данных видов спорта является вертикальное положение тела на доске, движущейся вперед или вниз по наклонной плоскости, под действием силы тяжести. Сохранение равновесия на движущейся доске, в асимметричном боковом положении тела по отношению к направлению движения, представляет трудность для двигательной системы человека. Кроме того, наличие больших степеней свобод и соответствующих рисков при движении на снаряде снижает стабильность постурального контроля, в соответствии с теорией «Risk-Aware Control». Согласно этой теории, при управлении движением высшими отделами мозга постоянно осуществляется оценка риска, вероятности отклонения от цели и ошибки как результата погрешности движения (даже без имеющегося предварительного опыта ошибок в подобной ситуации). Это приводит к снижению стабильности позных рефлексов (М. Bertucco, A. Dunning, T.D. Sanger, Tuning of standing postural responses to instability and cost function, Neuroscience (2019), doi: https://doi.Org/10.1016/j.neuroscience.2019.12.043). Увеличение нестабильности системы (что может быть результатом смены спортивного инвентаря, погодных условий, недостатка двигательного опыта, снижение функционального состояния) также приводит к повышению вариабельности двигательных реакций. Нестабильность постуральных реакций снижает возможность сохранения баланса при движении на снаряде. Таким образом, выработка устойчивого правильного двигательного стереотипа, соответствующего биомеханике движения на конкретном снаряде, будет способствовать существенному снижению риска травматизации, повышению контроля над снарядом, особенно при движении с большой скоростью, когда недостаточно времени для осознанного выбора стратегии движения и принятия решения. Для безопасной выработки эффективного двигательного стереотипа желательно использовать статичный тренажер, исключающий риски падений и травм, связанные с ускорением, но позволяющий моделировать положения тела над снарядом, соответствующие технике катания на движущейся доске. Существуют несколько методик тренировки навыков в «досочных» видах спорта на различных тренажерах. Например, метод тренировки для горнолыжного спорта и сноуборда, описанный в патенте ЕР 1510236 A1 (Application number: 02804369.3), опубликованном 02.03.2005 (Bulletin 2005/09). В этом методе предполагается тренировка техники выполнения поворотов путем приложения силы, строго перпендикулярной продольной оси симметрии сноуборда, перемещающегося на специальном тренажере в горизонтальной плоскости на рельсовой платформе, с возможностью наклона сноуборда для имитации закантовки. Этот метод позволяет тренировать выполнение заклона, используемого в карвинговых поворотах. Однако на таком тренажере существует необходимость использования ручного поручня или поддерживающего пояса для предотвращения избыточной травмоопасной нагрузки на коленные суставы, что нарушает правильность позы спортсмена по отношению к технике катания и создает дополнительную сенсорную афферентацию, приводящую к выработке двигательных программ, не соответствующих реальным условиям движения на склоне. К тому же, карвинговые повороты относятся к технике катания на уровне выше начинающих спортсменов, приводят к развитию высокой скорости и могут быть эффективно использованы только спортсменами, освоившими начальную технику базовых поворотов с проскальзываниями. Тренировки на тренажерах в виде досок, закрепленных на неподвижных платформах, предлагаемые в различных патентных документах, имеют ряд недостатков с точки зрения безопасной выработки контролируемого двигательного стереотипа, близкого к требуемому в реальном катании. Так, тренировки на тренажерах в виде доски со страховочными устройствами для безопасного смещения центра масс за пределы доски с целью отработки элементов поворотов наподобие описанного в патенте US 2014/0336025 А1, опубликованном 13.11.2014 формируют неадекватный двигательный стереотип, включая в него не используемые в реальном катании сенсорную информацию и напряжение мышц, развиваемое в контакте со страховочным устройством.

Наиболее широкие возможности для тренировки баланса в различных позах на доске имеет тренажер, описанный в патенте СА 3072522 А1, опубликованном 19.12.2019. Он представляет собой доску, закрепленную на платформе, с возможностью изменения угла наклона для тренировки движений и координации в «досочных» видах спорта. Однако в данном методе тренировки отсутствует возможность контроля позы в соответствии с рекомендуемой и обратная связь, а также нет фиксации ног на тренажере, что делает последний травмоопасным при сильном смещении центра масс.

Для тренировки с визуальным контролем своего положения в пространстве и результата своих движений представляют интерес использование симуляторов с виртуальным отображением физических усилий спортсмена. Такой метод описан в патенте KR 20160082658 A, опубликованном 08.07.2016. Он заключается в имитации скольжения на сноуборде в виртуальной среде, с использованием интерактивного тренажера в виде сноуборда, закрепленного на подвижных рычагах с возможностью наклона доски в вертикальной плоскости и поворота в горизонтальной плоскости. Данные о положении доски используются для построения виртуального образа сноубордиста на мониторе с имитацией скольжения по трассе. Этот образ ученик может использовать в качестве обратной связи о качестве своих движений. Однако при такой технике обучения ученик не имеет параметров правильного движения для коррекции своей позы. Кроме того, тренировка происходит в условиях имитации режима реальной скорости скольжения по трассе, что не предоставляет ученику достаточно времени для понимания и коррекции своих ошибок, и выработки необходимых кинестетических ощущений.

Таким образом, оптимальным способом для выработки базовых паттернов движения на доске представляется тренировка позы и характера движения над доской в безопасных для спортсмена условиях, но при отсутствии посторонних страхующих элементов, с наличием аппарата контроля адекватности выполненного движения. В качестве контролирующего аппарата при обучении инструментальным навыкам эффективно использовать биологическую обратную связь по дополнительному каналу - зрительному или акустическому.

Таким условиям удовлетворяет предлагаемый авторами указанный выше тренажер для тренировки равновесия и координации движений (1), принцип действия которого более подробно раскрыт в патенте на полезную модель №200020. Уникальные возможности этого тренажера проявляются в оценке положения центра давления на опору или на спортивном снаряде, и использовании для контроля этого положения биологической обратной связи по зрительному сенсорному каналу. В связи с этим возникла необходимость в создании способа тренировки на подобном тренажере для обучения навыкам баланса над доской, позволяющим повысить уровень мастерства и безопасности при движении на доске в реальных условиях.

Целью настоящего изобретения является создание способа безопасного и высокоэффективного обучения контролю положения тела над неподвижным спортивным снарядом (доской) с использованием биологической обратной связи для улучшения координации движения, позного контроля, «подводящим» упражнениям, подготовке к тренировкам в «досочных» видах спорта в реальных условиях.

Технический результат - повышение эффективности и безопасности обучения на доске тренажера для тренировки равновесия и координации движений.

Технический результат достигается тренировкой на проприоцептивном тренажере с биологической обратной связью по опорной реакции, заключающейся в отработке техники, используемой в «досочных» видах спорта, за счет поочередного выполнения нескольких этапов:

- этап обучения основной прямой и направленной стойкам на подвижной платформе, имитирующей сноуборд, во время которого ученик обучается контролировать свое положение на платформе в основной прямой и направленной стойках с симметричным положением веса относительно передней части и задней части платформы, когда центр масс локализован над центром платформы с визуальным контролем положения тела и маркера центра масс на экране монитора тренажера;

- этап обучения переносу веса тела (центра масс) вдоль продольной оси симметрии подвижной платформы, имитирующей сноуборд в основной направленной стойке, во время которого ученик обучается переносить вес тела на переднюю ногу строго вдоль продольной оси платформы без вертикального перемещения центра масс с визуальным контролем продольного перемещения маркера центра масс на экране монитора тренажера;

- этап обучения переносу веса тела вперед в диагональном направлении на подвижной платформе, имитирующей сноуборд, во время которого ученик обучается переносить вес тела вперед по диагонали относительно продольной оси симметрии платформы без вертикального перемещения центра масс с визуальным контролем диагонального перемещения маркера центра масс на экране монитора тренажера;

- этап подготовки к прямому соскальзыванию вниз по склону на подвижной платформе, имитирующей сноуборд, во время которого ученик обучается переносить вес тела в основной прямой стойке вдоль поперечной оси симметрии платформы для увеличения давления на передний или задний кант с визуальным контролем перемещения маркера центра масс на экране монитора тренажера;

- этап подготовки к боковому соскальзыванию на подвижной платформе, имитирующей сноуборд вниз по склону, во время которого ученик обучается плавному переходу из основной прямой стойки в направленную, с переносом веса тела на переднюю ногу, удержанию веса в этой позиции и последующему плавному возврату центра масс в основную прямую стойку с визуальным контролем переноса маркера центра масс на экране монитора тренажера в сторону заднего или переднего канта, продольного перемещения маркера центра масс и возврата маркера центра масс к центру сноуборда;

- этап подготовки к поворотам с переносом веса для спуска вниз по склону на подвижной платформе, имитирующей сноуборд, во время которого ученик обучается правильной динамике перемещения веса тела в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии платформы: сначала центр масс переносится вперед и по диагонали в сторону одного из кантов, относительно быстро, одним движением, затем, более медленно и плавно - в исходное положение, потом центр масс переносится вперед и по диагонали в сторону другого из кантов, относительно быстро, одним движением, затем, более медленно и плавно - в исходное положение и при отсутствии вертикального перемещения центра масс, с визуальным контролем перемещения маркера центра масс на экране монитора тренажера;

- этап подготовки к поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вверх для спуска вниз по склону на подвижной платформе, имитирующей сноуборд, во время которого ученик обучается правильной динамике перемещения веса тела, соответствующей выполнению таких поворотов из низкой направленной стойки: сначала относительно быстро, одним движением, вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии платформы с одновременным вертикальным перемещением центра масс вверх за счет разгибания ног, затем, более медленно и плавно - в исходное положение, с одновременным вертикальным перемещением центра масс вниз за счет сгибания ног и с визуальным контролем маркера центра масс на экране монитора тренажера; - этап подготовки к поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вниз для спуска вниз по склону на подвижной платформе, имитирующей сноуборд, во время которого ученик обучается правильной динамике перемещения веса тела, соответствующей выполнению таких поворотов из основной направленной стойки: сначала относительно быстро, одним движением, вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии платформы с одновременным вертикальным перемещением центра масс вниз за счет сгибания ног, затем, более медленно и плавно - в исходное положение, с одновременным вертикальным перемещением центра масс вверх за счет разгибания ног и с визуальным контролем маркера центра масс на экране монитора тренажера.

Средства решения проблемы

Для достижения вышеприведенной цели предлагается способ тренировки на тренажере для тренировки равновесия и координации движений (1), или подобных ему, согласно настоящему изобретению, заключающийся в поэтапной выработке двигательных стереотипов правильной стойки (исходной позиции над доской) и изменений позы, соответствующим управлению маневрами доски при реальном движении на ней. Параметры позиций тела были определены с учетом практических рекомендаций, разработанных в Национальной Лиге инструкторов, входящей в состав International Ski Instructors Association (ISIA).

Ключевым параметром, характеризующим условия равновесия тела, является положение его центра масс (ЦМ). Таким образом, определение ЦМ и визуализация его положения (в данном случае - маркера реального положения общего центра давления на опору) в трехмерном пространстве, или плоскости может помочь обучающему сформировать «правильные» позы и двигательные реакции, рекомендуемые для управления спортивным снарядом.

Центр масс механической системы (тела спортсмена и, здесь, связанного с ним спортивного снаряда - геометрическая точка, положение которой в пространстве определяется положением и массой отдельных звеньев системы (Л.Л. Ципин, М.А. Самсонов. О точности определения положения общего центра масс. Российский журнал биомеханики. 2011. Т. 15, №2 (52): 60-68). Соответственно, на положение центра масс тела спортсмена будет влиять поза, соотношение тонуса всех мышц и расположение частей тела относительно друг друга. Центр масс является точкой пересечения векторов внешних сил, вызывающих поступательное движение тела. Согласно общеизвестной теореме, центр масс механической системы движется как материальная точка с массой, равной массе всей системы, и к которой приложены все внешние силы, действующих на систему (С.М. Тарг Краткий курс теоретической механики. 20-е изд. М.: 2010. 416 с). Рассмотрим действие внешних сил на спортсмена, занимающегося «досочным» видом спорта, на примере сноубординга (Фиг. 1).

К внешним силам, действующим на движущегося по склону сноубордиста, относят силу тяжести, силу трения, силу инерции, силу сопротивления воздуха, центростремительную силу.

Сила тяжести. В механике при движении тела без трения по наклонной плоскости сила тяжести Fg=mg может быть разложена на две составляющие: скатывающую силу F_α=mg * sinα и нормальную силу реакции опоры N=mg * cosα (α - угол наклона плоскости к горизонту). Скатывающая сила направлена параллельно склону. Нормальная сила реакции опоры формируется силой упругости склона, на который давит сноуборд, она направлена перпендикулярно поверхности. Т.к. силы F_a и N ортогональны, то работы этих сил аддитивны (Иванов Е.М. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2010. - №8 - С. 146-148).

Конечная скорость зависит от первоначальной высоты тела (точки, откуда было начато движение) над поверхностью Земли (h) и будет равна

Так как наклонная плоскость шероховата, то движение происходит с некоторым коэффициентом трения.

Центр давления определяется как точка расположения результирующей силы реакции опоры N (сноуборд с человеком) на опорную поверхность (склон).

Сила трения скольжения Fтр (разновидность сухого трения) направлена в сторону, противоположную движению сноубордиста. Fтр=μ/N/, где μ - коэффициент сухого трения, /N/ - модуль силы нормального давления тела на опору, который по третьему закону Ньютона равен модулю силы реакции опоры (Ревинская О.Г., Кравченко Н.С. Методика экспериментального изучения работы диссипативных сил на примере работы силы фения и ее реализация на компьютере // Фундаментальные исследования. - 2011. - №12-1. - С. 52-57). Коэффициент трения зависит от качества поверхности скольжения.

Сила инерции - векторная величина, равная произведению массы точки на ее ускорение и направленная против этого ускорения. При перемещении тела по некоторой криволинейной траектории возникает сопротивление тела изменению направления движения, формируемое силой инерции.

Сила сопротивления воздуха Fcoпp направлена в противоположную сторону движения. Данная сила во многом зависит от позы спортсмена (Kim Hebert-Losier, Matej Supej, Hans-Christer Holmbe Biomechanical Factors Influencing the Performance of Elite Alpine Ski Racers. Sports Med (2014) 44:519-533. DOI 10.1007/s40279-013-0132-z).

Центростремительная и центробежная силы возникают при движении сноубордиста по дуге (например, во время выполнения поворота). Центростремительная сила Fцс создает движение по искривленному пути. При движении по криволинейной траектории центростремительная сила заставляет тело двигаться по дуге, что позволяет выполнить поворот. Для соблюдения законов механики Ньютона в неинерциальные системы отсчета вводят условную, противоположно направленную силу, равную по значению Fцc -центробежную, отражающую проявление законов инерции.

На Фиг. 1 показаны основные внешние силы, действующие на сноубордиста: А - силы, действующие при поступательном скольжении вниз по склону, Б - дополнительные силы при движении по дуге.

Fg - сила тяжести, F_α - скатывающая сила, N - нормальная сила реакции опоры, Fтр - сила трения скольжения, Fcoпp - сила сопротивления воздуха Рцс - центростремительная сила, ν - скорость движения.

На характер движения сноубордиста влияют также внутренние силы, создаваемые мышцами спортсмена. Они необходимы для управления частями тела, способствуют сохранению равновесия и управлению сноубордом.

Для безопасного и эффективного спуска по склону на сноуборде необходимо сформировать умения в выполнении соскальзывания, поворота, кантования, перекантовки (Например: Э.В. Бугаев Краткое методическое пособие по сноуборду. Первый этап обучения. Начинающие (под ред. Т.В. Ширгалина, В.В. Седельникова, А.А. Трусовой, Т.В. Дунаевой, П.В. Канавина) Москва: Национальная Лига инструкторов, 2017 - 84 с). При движении на других досках, по горизонтальной или наклонной плоскости, также существует ряд базовых умений, в соответствии с видом спорта. При этом спортсмен должен выполнить две задачи: 1) осуществить требуемое движение, 2) сохранить равновесие и контроль над снарядом. Для выполнения данных задач необходимо смещать и удерживать центр масс в нужном положении над спортивным снарядом.

Начало и выполнение движения осуществляется в основной стойке, представляющей собой сбалансированную позицию над доской. Для сноубординга существуют две основные стойки - прямая и направленная.

Выполнение соскальзывания вниз по склону происходит, когда продольная ось симметрии сноуборда ориентирована перпендикулярно линии ската. Существуют следующие виды соскальзывания: прямое (сноуборд движется вниз по прямой линии), боковое (сноуборд движется вниз по диагонали), в повороте.

Выполнение поворота - это смена направления движения. На начальном уровне обучения повороты осуществляются за счет переноса веса тела по отношению к продольной оси сноуборда. При совершенствовании катания и переходе к более сложным техникам добавляются другие способы выполнения поворота. Кантование - это постановка сноуборда на кант, что используется как при соскальзывании, так и при выполнении поворота. Перекантовка - это смена канта при выполнении поворота.

На фиг. 2 показана схема траектории базового поворота (с проскальзыванием) на сноуборде. Прямоугольник - положение сноуборда. Числа над ним - соотношение масс над носовой и хвостовой половинами сноуборда (в %). Черная точка - положение центра масс относительно сноуборда. Стрелка от центра масс отражает вектор переноса веса тела, необходимый для инициации поворота. Фазы поворота: 1 - инициации, 2 - смена канта, 3 -ведения поворота.

При выполнении поворота в нем выделяют несколько фаз, характеризующихся различным положением ЦМ относительно сноуборда: инициации, смены канта и ведения. При обучении сноуборду спортсмен вначале осваивает поворот с проскальзыванием. Он является наиболее безопасным, формирует базовые навыки спуска со склона, и позволяет осуществлять спуск даже с крутых склонов с хорошо контролируемой скоростью Структура фаз поворота с проскальзыванием и расположение центра масс показаны на фиг. 2. Управление доской осуществляется путем переноса веса тела и смещения центра масс по отношению, как к продольной, так и поперечной оси сноуборда. Перед началом поворота сноуборд врезается в снег задним или передним кантом, над которым находится ЦМ спортсмена, при этом вес тела равномерно распределен между носовой и хвостовой частями сноуборда (50% веса над передней, носовой частью и 50% веса над задней, хвостовой частью). Для инициации поворота, необходимо перенести вес в диагональном направлении в сторону поворота, это вызывает изменение направления движения доски, поворачивая ее нос вдоль линии ската. Когда доска приобретает ориентацию вдоль линии ската, сменяется положение рабочего канта (происходит постановка доски на противоположный кант). При дальнейшем скольжении доски спортсмен постепенно возвращает вес тела в исходное положение, что плавно увеличивает давление на рабочий кант, и к концу поворота доска становится максимально закантованной.

При обучении сноуборду поддержание основной стойки, удержание ЦМ в нужном положении и перенос веса над доской являются ключевыми навыками.

Алгоритм обучения сноуборду заключается в ряде последовательных этапов:

1) Обучение основной прямой и направленной стойкам, основам вертикальной работы (сгибания-разгибания в коленных суставах) в этих стойках

2) Обучение переносу веса тела вдоль продольной оси симметрии сноуборда

3) Обучение переносу веса тела вперед в диагональном направлении относительно продольной оси симметрии сноуборда с возвратом веса в исходное положение

4) Обучение прямому соскальзыванию

5) Обучение боковому соскальзыванию

6) Обучение поворотам с проскальзываниями с переносом веса

7) Обучение поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вверх

8) Обучение поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вниз

Этих основ достаточно, чтобы спускаться с любого подготовленного склона. Дальнейшее совершенствование техники происходит в зависимости от целей спортсмена и включает в себя следующие направления: карвинг (с более быстрыми поворотами без проскальзывания), фристайл (прыжки), фрирайд (спуск по неподготовленным склонам). Тем не менее, техника всех этих направлений построена на базовых элементах, описанных выше. Ошибки на базовом уровне ведут к снижению мастерства, повышению вероятности травм. Таким образом, спортсменам более высокого уровня также может требоваться коррекция техники базовых основ катания на сноуборде.

В других «досочных» видах спорта используются сходные принципы управления доской на основе контроля положения ЦМ с учетом типа доски и особенностей поверхности для скольжения (твердая, жидкая, наклонная, плоская).

Новизна описываемого нами способа тренировки на проприоцептивном тренажере с биологической обратной связью по сравнению с описанными в литературе способами тренировок на тренажерах для прогресса в сноуборде и других «досочных» видах спорта заключается в возможности ученика совершать тренировочные движения: 1) медленно и произвольно, в соответствии с техническими рекомендациями для данного вида спорта, 2) на закрепленной доске, в безопасных условиях (исключающих падение или травму суставов ног), 3) в положении тела, соответствующем реальным условиям катания, 4) с постоянным физиологическим контролем правильной, рекомендуемой позиции, за счет зрительной обратной связи. Это позволяет последовательно выработать устойчивый двигательный стереотип для каждого этапа обучения технике катания на доске.

При тренировке на тренажере для тренировки равновесия и координации движений (1) спортсмен ориентируется на указания инструктора (реального или виртуального - в виде текста и иллюстраций на мониторе, голосового помощника), предписывающие определенную позу в начале тренировки и упражнения со смещением центра масс в заданном направлении, соответствующем этапу обучения. При этом ученик самостоятельно управляет своей двигательной реакцией и контролирует правильность выполнения упражнения с помощью биологической обратной связи. Реализованная в тренажере «Тренажер для тренировки равновесия и координации движений» биологическая обратная связь по зрительному каналу осуществляется путем визуального наблюдения за маркером на экране монитора, отражающего положение центра давления на опору - маркера ЦМ, в процессе тренировки. Также можно использовать акустическую обратную связь в виде звуковых сигналов при смещении ЦМ в правильное или неправильное положение, что может применяться для обучения людей с ограничением зрения, а также для закрепления выработанного двигательного стереотипа путем выполнения выученного движения с закрытыми глазами.

В процессе тренировки (обучения) задача ученика состоит в выполнении заданного ему движения так, чтобы сместить маркер в обозначенное программой целевое положение. Достижение желаемого результата, регистрируемое зрительной системой, способствует лучшей интеграции проприоцептивных, кожных и вестибулярных влияний в организации тонических рефлексов, формируя кинестетическое чувство положения тела, соответствующее заданному движению. Многократное повторение движения с «правильным» результатом приведет к выработке устойчивого двигательного стереотипа, который далее может быть использован при реальном катании без дополнительного произвольного контроля.

Этапы тренировки на проприоцептивном тренажере с биологической обратной связью на примере обучения сноуборду (в соответствии с алгоритмом, описанным выше). Время выполнения каждого упражнения подбирается индивидуально, в зависимости от физических и психических возможностей спортсмена: общей физической подготовки, опыта в «досочном» спорте, типа высшей нервной деятельности, уровня мотивации к обучению. Чаще всего на доске спортсмен движется в асимметричном положении во фронтальной и сагиттальной плоскостях по отношению к направлению движения доски (за исключением прямого соскальзывания на сноуборде). Эта поза не используется человеком в повседневной практике, и требует выработки новых тонических рефлексов. Поэтому в начале обучения возникает избыточное напряжение в определенных группах мышц, быстрее возникает утомление в центральной нервной системе. По мере обучения и тренировок происходит адаптация и оптимизация двигательных программ, а также кровообращения и биохимических реакций в работающих мышцах. У слабого типа высшей нервной деятельности утомление в центральной нервной системе происходит быстрее, поэтому для таких спортсменов более эффективными будут короткие тренировки (15-20 минут) с последующим отдыхом. У сильного, подвижного типа при большей выносливости нервной системы и скорости формирования новых рефлексов при статической работе может развиваться монотония, что снижает скорость формирования новых рефлексов. Поэтому таким спортсменам можно рекомендовать за одну тренировку проработать несколько упражнений поочередно, с последующим повторением пройденного, без длительной фиксации усилий на одном упражнении (около 5 мин на упражнение, в зависимости от его сложности и усвоения). Для сильного, инертного типа, наоборот, желательно более длительное время (до 10 минут) посвятить одному упражнению для формирования устойчивого двигательного стереотипа.

Желательно каждый этап тренировки на тренажере чередовать с тренировками на снегу для закрепления выработанных рефлексов и постановки новых целей.

Если у ученика полностью отсутствует опыт движения на досках, перед первой тренировкой необходимо определить, какая нога у ученика будет ведущей (т.е. располагаться ближе к носу доски). Вследствие моторной межполушарной асимметрии в управлении движениями правой и левой половин тела, человеку удобнее стоять и скользить на доске либо правой, либо левой ногой вперед. Если используется биологическая обратная связь по зрительному каналу, монитор с маркером центра масс во время тренировки должен располагаться так, чтобы положение головы и направление взгляда соответствовали вырабатываемому навыку. В приведенных иллюстрациях показано положение креплений сноуборда для тренировки человека с ведущей правой ногой. При обучении человека с ведущей левой ногой рисунки необходимо воспринимать зеркально.

1 этап. Обучение основной прямой и направленной стойкам на доске, подготовка к движению в этих стойках.

Цель этапа: научить правильной позе в основной прямой и направленной стойках Упражнения 1 и 2 выполняются на доске без наклона, оба крепления застегнуты и фиксируют ботинки.

Упражнение 1: отработка статичного положения на доске в основной прямой и направленной стойках по шаблону (с симметричным положением веса относительно носа и хвоста сноуборда 50-50, когда центр давления локализован по центру сноуборда - Фиг. 3), с визуальным контролем положения тела и маркера центра масс на экране монитора.

Упражнение 2: вертикальная работа. Выполняется в основной направленной стойке, с симметричным положением веса тела относительно носа и хвоста сноуборда 50-50 (ЦМ над центром сноуборда). Ученик производит вертикальную работу, поочередно сгибая - разгибая ноги в коленных суставах, с постепенным увеличением амплитуды вертикального перемещения тела. Контроль направлен на сохранение веса в положении 50-50, отсутствие горизонтального перемещения тела (с визуальным контролем предотвращения смещения маркера центра масс в сторону заднего или переднего канта, носа или хвоста сноуборда), а также сгибания в пояснице.

Упражнение 3: повторить упражнения 1-2 на доске с наклоном.

На Фиг. 3 показано положение центра давления (маркера центра масс) в основной стойке на сноуборде. Обозначения: 1 - положение центра давления, 2 - продольная ось симметрии сноуборда, 3 - положение ведущей, передней ноги (здесь - правой), 4 -положение задней ноги.

Цель следующих этапов - научить ученика чувствовать перемещение и положение своего центра масс по отношению как к продольной оси симметрии доски, так и относительно кантов (переднего и заднего краев) доски - на основе кинестетической информации (от проприо- и вестибулорецепторов).

2 этап. Обучение переносу веса тела вдоль продольной оси симметрии сноуборда

Цель этапа: научить переносу веса тела вдоль продольной оси симметрии сноуборда в основной направленной стойке. Этот навык будет использован в дальнейшем при обучении боковому соскальзыванию.

Упражнение 1: отработка переноса веса тела (ЦМ) вдоль продольной оси симметрии сноуборда. Выполняется в основной направленной стойке. Ученик переносит вес на переднюю ногу вдоль продольной оси сноуборда (фиг. 4), сгибая в большей степени переднюю ногу и частично разгибая заднюю, затем возвращает вес в исходное положение. Контроль направлен на смещение маркера центра масс в строго продольном направлении к носу сноуборда.

Упражнение 2: повторить упражнение 1 на доске с наклоном.

Упражнение 3 (на доске с наклоном): повторить упражнение 1, не пристегивая «заднюю» ногу, поставив ее перед задним креплением.

Упражнение 4 (на доске с наклоном, с не пристегнутой задней ногой): перенести вес тела на переднюю ногу, затем несколько раз поднимать заднюю ногу на небольшую высоту и возвращать в исходное положение. Для завершения упражнения вернуть вес в исходное положение.

На Фиг. 4 показано направление переноса веса тела вдоль продольной оси симметрии сноуборда во время выполнения упражнений на этапе 2 (показано стрелкой). Обозначения: 1 - исходное положение центра давления, 2 - продольная ось симметрии сноуборда, 3 - положение ведущей, передней ноги (здесь - правой), 4 - положение задней ноги.

3 этап. Обучение переносу веса тела вперед в диагональном направлении

Цель этапа: научить переносу веса вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии сноуборда в основной направленной стойке, что является ключевым навыком для обучения поворотам. Смещение веса вперед, в направлении поворота (т.е. по диагонали по отношению к продольной оси симметрии сноуборда) приводит к переходу от скольжения доски вдоль линии ската к скольжению по дуге, что является базовым элементом начала поворота.

Упражнение 1 (на доске без наклона, оба крепления застегнуты): обучение переносу веса тела вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии сноуборда (фиг. 5). Выполняется в основной направленной стойке, из исходного положения веса 50-50. Сначала делают упражнения по переносу веса в сторону переднего канта, затем - в сторону заднего канта. Задача ученика - перенести вес тела вперед в диагональном направлении (сгибанием передней ноги и частичным разгибанием задней) и затем вернуть его в центральное положение 50-50. Возврат веса должен происходить медленно и плавно. Контроль направлен на смещение маркера центра масс в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии сноуборда, без вертикального перемещения ЦМ.

Упражнение 2: повторить упражнение 1 на доске с наклоном.

Упражнение 3: повторить упражнение 1 на доске с наклоном и с не пристегнутой задней ногой.

На Фиг. 5 показано направление переноса веса тела в диагональном направлении относительно продольной оси симметрии сноуборда. Обозначения: 1 - исходное положение центра давления, 2 - продольная ось симметрии сноуборда, 3 - положение ведущей, передней ноги (здесь - правой), 4 - положение задней ноги, 5 - направление переноса веса тела в сторону переднего канта, 6 - направление переноса веса тела в сторону заднего канта.

4 этап. Подготовка к прямому соскальзыванию (выполняется на доске без наклона, оба крепления застегнуты).

Цель этапа: научить переносу веса тела в основной прямой стойке вдоль поперечной оси симметрии сноуборда для увеличения давления на кант. Этот навык является важным элементом прямого соскальзывания на снегу.

Упражнение 1: обучение давлению на передний и задний кант в основной прямой стойке. Ученик всегда находится в основной прямой стойке, вес в положении 50-50. В этой позе ученик смещает вес тела в сторону заднего канта (фиг. 6 поз. 5) и затем выполняет плавное сгибание и разгибание ног в коленных суставах, акцентируя внимание на положение маркера центра масс при большем сгибании - разгибании. Контроль направлен на сохранение стойки и удержание веса над кантом. Желательно задерживаться в каждом положении (согнутые и разогнутые ноги) по 5-10 сек, постепенно увеличивая время пребывания в статичном положении.

Упражнение 2: повторить упражнение 1, сместив вес тела в сторону переднего канта (фиг. 6 поз. 6).

На Фиг. 6 показано направление переноса веса тела вдоль поперечной оси симметрии сноуборда в сторону переднего канта (5) и заднего канта (6). Обозначения: 1 - исходное положение центра давления, 2 - продольная ось симметрии сноуборда, 3 - положение ведущей, передней ноги (здесь - правой), 4 - положение задней ноги, 5 - направление переноса веса тела в сторону заднего канта, 6 - направление переноса веса тела в сторону переднего канта.

5 этап. Подготовка к боковому соскальзыванию (выполняется на доске без наклона, оба крепления застегнуты).

Цель этапа: научить плавному переходу из основной прямой стойки в направленную, с переносом веса на переднюю ногу, удержанию веса в этой позиции и плавному возврату в основную прямую стойку. Этот навык является ключевым при выполнении бокового соскальзывания на снегу.

Упражнение 1: обучение переходу из прямой стойки в направленную, с переносом веса на переднюю ногу. Исходно ученик находится в основной прямой стойке, вес в положении 50-50, с большим давлением на задний кант (как выполнялось на 4 этапе). Далее ученик переходит в основную направленную стойку в сторону носа сноуборда и затем переносит вес тела на переднюю ногу строго вдоль продольной оси симметрии сноуборда (фиг. 7, А). При достижении правильной позиции под визуальным контролем положения маркера центра масс необходимо остаться в ней минимум на 10-15 сек (для закрепления проприоцептивной информации и тренировки мышц, задействованных в формировании данной позы). Упражнение завершается плавным возвратом в исходную позицию (основную прямую стойку, с положением веса 50-50), отработанную на 4-м этапе, с фиксацией конечного положения на несколько сек.

Упражнение 2: повторить упражнение 1 с переходом в основную направленную стойку в сторону хвоста сноуборда (рис. 7, Б).

Упражнение 3: повторить упражнение 1, при большем давлении на передний кант (рис. 7, В).

Упражнение 4: повторить упражнение 2, при большем давлении на передний кант (рис. 7, Г).

На Фиг. 7 показано направление переноса веса тела вдоль продольной оси симметрии сноуборда во время выполнения упражнений на этапе 5 (показано стрелкой). А - для упражнения 1, Б - для упражнения 2, В - для упражнения 3, Г - для упражнения 4. Обозначения: 1 - исходное положение центра давления, 2 - продольная ось симметрии сноуборда, 3 - положение ведущей, передней ноги (здесь - правой), 4 - положение задней ноги.

6 этап. Подготовка к поворотам с проскальзываниями с переносом веса (выполняется на доске с наклоном, оба крепления застегнуты).

Цель этапа: научить правильной динамике переноса и возврата веса тела в направлениях, соответствующих фазам инициации и ведения поворота.

Повторить упражнение 2 из 3-го этапа. В начале, из исходной основной направленной стойки в положении 50-50, ученик достаточно быстро, одним движением, но не резко, переносит вес тела вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии сноуборда (фиг. 5), сгибая переднюю ногу и частично разгибая заднюю (в коленных суставах), что служит имитацией фазы инициации поворота. В конце этого движения в передней части сноуборда должно находиться приблизительно 70% веса тела, в задней - 30% (70-30), что учитывается при определении целевого положения маркера центра масс на экране монитора. Затем ученик медленно, плавно возвращает вес в центральное положение 50-50, сгибая заднюю ногу и частично разгибая переднюю, что служит имитацией фазы ведения поворота. Перемещение ЦМ при этом должно быть только в горизонтальной плоскости по отношению к доске. Контроль направлен на смещение маркера центра масс в нужном направлении. Важно одинаково хорошо проработать имитацию обеих фаз поворота - инициации и ведения. Сначала делают упражнения по переносу веса в сторону переднего канта (фиг. 5 поз. 5), затем - в сторону заднего канта (фиг. 5 поз. 6).

7 этап. Подготовка к поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вверх (выполняется на доске с наклоном, оба крепления застегнуты).

Цель этапа: научить правильной динамике переноса и возврата веса тела в направлениях, соответствующих фазам инициации и ведения поворота, с одновременным вертикальным перемещением ЦМ - вверх при начальном переносе веса тела, вниз при возврате веса тела в исходное положение.

Упражнение 1: повторение вертикальной работы в основной направленной стойке. Выполняется в основной направленной стойке, с симметричным положением веса тела относительно носа и хвоста сноуборда 50-50 (маркер центра масс над центром сноуборда). Ученик производит вертикальную работу, поочередно сгибая - разгибая ноги в коленных суставах, со средней амплитудой.

Упражнение 2. Обучение переносу веса тела вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии сноуборда (фиг. 5) с одновременной вертикальной работой (имитация фазы инициации поворота). Выполняется в основной направленной стойке. Исходное положение - низкая основная направленная стойка (ноги максимально согнуты в коленных и голеностопных суставах, насколько позволяет сохранение стойки и положение веса 50-50). Далее выполняется перенос веса тела вперед (достаточно быстро, одним движением, но не резко) в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии сноуборда в сторону переднего канта (фиг. 5 поз. 5) с одновременным разгибанием обеих ног в коленных и голеностопных суставах, при этом возникает вертикальное смещение ЦМ, что снижает давление на задний кант сноуборда (разгрузка). В конце этого движения в передней части сноуборда должно находиться приблизительно 70% веса тела, в задней - 30% (70-30), что учитывается при определении целевого положения маркера центра масс на экране монитора.

Упражнение 3. Обучение возврату веса тела в исходное положение (50-50) из позиции, достигнутой по завершению упражнения 2 (вес тела смещен в сторону передней ноги, в диагональном направлении относительно продольной оси симметрии сноуборда, в положении 70-30, ноги разогнуты в коленных и голеностопных суставах). Из этого положения ученик осуществляет медленно и плавно возврат веса тела в центр сноуборда, в положение 50-50 (с визуальным контролем перемещения маркера центра масс), с одновременной вертикальной работой (сгибанием обеих ног в коленных и голеностопных суставах) и завершает упражнение в низкой стойке (имитация фазы ведения поворота).

Упражнение 4. Выполнить связанные упражнения 2 и 3 поочередно, без паузы. Далее повторяют упражнения 2 -4 с переносом веса в сторону заднего канта (фиг. 5 поз. 6).

8 этап. Подготовка к поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вниз (выполняется на доске с наклоном, оба крепления застегнуты).

Цель этапа: научить правильной динамике переноса и возврата веса тела в направлениях, соответствующих фазам инициации и ведения поворота, с одновременным вертикальным перемещением ЦМ - вниз при начальном переносе веса тела, вверх при возврате веса тела в исходное положение.

Упражнение 1: повторение вертикальной работы в основной направленной стойке. Выполняется в основной направленной стойке, с симметричным положением веса относительно носа и хвоста сноуборда 50-50 (маркер центра масс над центром сноуборда). Ученик производит вертикальную работу, поочередно сгибая - разгибая ноги в коленных суставах, со средней амплитудой.

Упражнение 2. Обучение переносу веса тела вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии сноуборда (фиг. 5) с одновременной вертикальной работой (имитация фазы инициации поворота). Выполняется в основной направленной стойке. Исходное положение - основная направленная стойка, положение веса 50-50. Далее выполняется перенос веса тела вперед (достаточно быстро, одним движением, но не резко) в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии сноуборда в сторону переднего канта (фиг. 5 поз. 5) с одновременным интенсивным сгибанием обеих ног в коленных и голеностопных суставах, при этом возникает вертикальное смещение ЦМ, что снижает давление на задний кант сноуборда (разгрузка). В конце этого движения ученик должен находиться в максимально низкой стойке, при этом в передней части сноуборда должно быть приблизительно 70% веса тела, в задней - 30% (70-30), что учитывается при определении целевого положения маркера центра масс на экране монитора.

Упражнение 3. Обучение возврату веса тела в исходное положение (50-50) из позиции, достигнутой по завершению упражнения 2 (вес тела смещен в сторону передней ноги, в диагональном направлении относительно продольной оси симметрии сноуборда, в положении 70-30, ноги согнуты в коленных и голеностопных суставах). Из этого положения ученик осуществляет медленно и плавно возврат веса тела в центр сноуборда, в положение 50-50 (с визуальным контролем перемещения маркера центра масс), с одновременной вертикальной работой (разгибанием обеих ног в коленных и голеностопных суставах) и завершает упражнение в обычной направленной стойке (имитация фазы ведения поворота).

Упражнение 4. Выполнить связанные упражнения 2 и 3 поочередно, без паузы.

Далее повторяют упражнения 2 - 4 с переносом веса в сторону заднего канта (фиг. 5 поз. 6).

Изобретение относится к медицине, к лечебной физкультуре и может быть использовано для тренировки опорной реакции. На проприоцептивном тренажере с биологической обратной связью по опорной реакции за счет поочередного выполнения следующих этапов: этап обучения основной прямой и направленной стойкам на доске, этап обучения переносу веса тела вдоль продольной оси симметрии доски в основной направленной стойке, этап обучения переносу веса тела вперед в диагональном направлении, во время которого ученик обучается переносить вес тела вперед по диагонали относительно продольной оси симметрии доски без вертикального перемещения центра масс; этап подготовки к прямому соскальзыванию на сноуборде вниз по склону, этап подготовки к боковому соскальзыванию на сноуборде вниз по склону, этап подготовки к поворотам с переносом веса на сноуборде для спуска вниз по склону, этап подготовки к поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вверх на сноуборде для спуска вниз по склону, этап подготовки к поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вниз на сноуборде для спуска вниз по склону. При этом все этапы осуществляются с визуальным контролем маркера центра масс на экране монитора тренажера. Способ обеспечивает повышение эффективности и безопасности обучения на доске тренажера для тренировки равновесия и координации движений. 7 ил.

Способ тренировки на проприоцептивном тренажере с биологической обратной связью по опорной реакции, заключающийся в тренировке на подвижной платформе, имитирующей сноуборд, с постоянным визуальным контролем положения тела и маркера центра масс на экране монитора при выполнении следующих этапов:

этап обучения основной стойке с симметричным положением тела относительно передней и задней части платформы, когда центр масс локализован над центром платформы, при этом ученик сгибает и разгибает ноги в коленных суставах, а затем повторяет данное упражнение на наклоненной подвижной платформе, имитирующей сноуборд;

этап обучения переносу веса тела вдоль продольной оси симметрии платформы, во время которого ученик переносит вес тела на впереди стоящую ногу вдоль продольной оси платформы без вертикального перемещения центра масс, при этом ученик сгибает впереди стоящую ногу и разгибает позади стоящую ногу с последующим возвращением в исходное положение, далее повторяют данное упражнение с наклоном платформы, а затем повторяют с наклоном платформы и не пристёгнутым задним креплением, а далее приподнимая позади стоящую ногу и возвращаясь в исходное положение;

этап обучения переносу веса тела вперед в диагональном направлении, во время которого ученик переносит вес тела вперед по диагонали относительно продольной оси симметрии платформы без вертикального перемещения центра масс;

этап подготовки к прямому соскальзыванию вниз по склону, во время которого ученик переносит вес тела из основной стойки вдоль поперечной оси симметрии платформы, увеличивая давление на передний или задний кант, при этом осуществляется сгибание и разгибание ног в коленных суставах, находясь в основной прямой стойке без наклона платформы и с застегнутыми креплениями;

этап подготовки к боковому соскальзыванию по склону, во время которого ученик переходит из основной стойки с переносом веса тела на впереди стоящую ногу и удерживает вес в этой позиции с последующим возвратом в основную стойку, при этом данный этап выполняется на платформе без наклона и с застёгнутыми креплениями;

этап подготовки к поворотам с переносом веса для спуска вниз по склону, во время которого ученик перемещает вес тела в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии платформы: сначала вес тела из основной стойки переносят вперед и по диагонали в сторону одного из кантов платформы одним движением, затем - в исходное положение, потом вес тела переносят вперед и по диагонали в сторону другого из кантов одним движением, затем - в исходное положение, этап выполняют при отсутствии вертикального перемещения центра масс, при этом данный этап выполняется на платформе с наклоном и с застегнутыми креплениями;

этап подготовки к поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вверх для спуска вниз по склону, во время которого ученик перемещает вес тела сначала из основной стойки одним движением вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии платформы с одновременным вертикальным перемещением центра масс вверх за счет разгибания ног, затем - в исходное положение с одновременным вертикальным перемещением центра масс вниз за счет сгибания ног, при этом данный этап выполняется на платформе с наклоном и с застегнутыми креплениями;

этап подготовки к поворотам с проскальзываниями с разгрузкой вниз для спуска вниз по склону, во время которого ученик перемещает вес тела сначала из основной стойки одним движением вперед в диагональном направлении по отношению к продольной оси симметрии платформы с одновременным вертикальным перемещением центра масс вниз за счет сгибания ног, затем - в исходное положение с одновременным вертикальным перемещением центра масс вверх за счет разгибания ног, при этом данный этап выполняется на платформе с наклоном и с застегнутыми креплениями.