Degrees of freedom problem
ન્યુરોસાયન્સ અને મોટર નિયંત્રણમાં, ડિગ્રીઝ ઓફ ફ્રીડમ પ્રોબ્લેમ અથવા મોટર ઇક્વિવેલન્સ પ્રોબ્લેમ જણાવે છે કે એક જ ધ્યેય હાંસલ કરવા માટે મનુષ્યો અથવા પ્રાણીઓ માટે હલનચલન કરવાની ઘણી રીતો છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, સામાન્ય સંજોગોમાં, મોટર સમસ્યા (અથવા કાર્ય) અને સમસ્યાના મોટર ઉકેલ વચ્ચે કોઈ સરળ એક-થી-એક પત્રવ્યવહાર અસ્તિત્વમાં નથી. મોટર સમાનતા સમસ્યા સૌપ્રથમ રશિયન ન્યુરોફિઝિયોલોજિસ્ટ નિકોલાઈ બર્નસ્ટીન દ્વારા ઘડવામાં આવી હતીઃ "તે સ્પષ્ટ છે કે સંકલન માટેની મૂળભૂત મુશ્કેલીઓ ચોક્કસપણે ડિગ્રી ઓફ ફ્રીડમની અતિશય વિપુલતામાં હોય છે, જેની સાથે [ચેતાતંત્ર] કેન્દ્ર શરૂઆતમાં વ્યવહાર કરવાની સ્થિતિમાં નથી". જોકે ચેતાતંત્ર ચળવળમાં કયા ચોક્કસ ડિગ્રીઝ ઓફ ફ્રીડમ (ડી. ઓ. એફ.) નો ઉપયોગ કરે છે તે કેવી રીતે પસંદ કરે છે તે પ્રશ્ન વૈજ્ઞાનિકો માટે સમસ્યા હોઈ શકે છે, તેમ છતાં ડી. ઓ. એફ. ની વિપુલતા લગભગ ચોક્કસપણે સસ્તન પ્રાણીઓ અને અપૃષ્ઠવંશી ચેતાતંત્ર માટે ફાયદાકારક છે. માનવ શરીરમાં બિનજરૂરી એનાટોમિકલ ડી. ઓ. એફ. (સ્નાયુઓ અને સાંધાઓ પર), બિનજરૂરી કાઇનેમેટિક ડી. ઓ. એફ. (હલનચલનમાં વિવિધ માર્ગ, વેગ અને પ્રવેગ હોઈ શકે છે અને તેમ છતાં તે જ લક્ષ્ય પ્રાપ્ત કરી શકે છે), અને બિનજરૂરી ન્યુરોફિઝિયોલોજીકલ ડી. ઓ. એફ. (એક જ સ્નાયુ પર સમન્વય કરતા બહુવિધ મોટોન્યુરોન્સ અને તેનાથી ઊલટું) હોય છે. ચેતાતંત્ર આ નજીકના અનંત ડી. ઓ. એફ. ના ઉપગણને કેવી રીતે "પસંદ કરે છે" તે મોટર નિયંત્રણ અને મોટર શિક્ષણને સમજવામાં એક વ્યાપક મુશ્કેલી છે. મોટર નિયંત્રણનો અભ્યાસ ઐતિહાસિક રીતે બે વ્યાપક ક્ષેત્રોમાં વિભાજિત થાય છેઃ "પશ્ચિમી" ન્યુરોફિઝીયોલોજીકલ અભ્યાસો, અને "બર્નસ્ટીનિયન" હલનચલનનું કાર્યાત્મક વિશ્લેષણ. બાદમાં મોટર નિયંત્રણમાં પ્રબળ બની ગયું છે, કારણ કે બર્નસ્ટીનના સિદ્ધાંતો સારી રીતે ટકી રહ્યા છે અને તે આજે અસ્તિત્વમાં છે તે ક્ષેત્રના સ્થાપક સિદ્ધાંતો માનવામાં આવે છે. પૂર્વ-બર્નસ્ટીન 19મી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં અને 20મી સદીની શરૂઆતમાં, ઘણા વૈજ્ઞાનિકો માનતા હતા કે તમામ મોટર નિયંત્રણ કરોડરજ્જુમાંથી આવે છે, કારણ કે દેડકાઓમાં ઉત્તેજના સાથેના પ્રયોગો પેટર્નવાળી હિલચાલ ("મોટર પ્રિમિટિવ્સ") દર્શાવે છે, અને કરોડરજ્જુની બિલાડીઓ ચાલવા માટે સક્ષમ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. આ પરંપરા તે સમયગાળા દરમિયાન હિમાયત કરાયેલ કડક ચેતાતંત્ર સ્થાનિકીકરણ સાથે ગાઢ રીતે જોડાયેલી હતી; કારણ કે વિવિધ સ્થળોએ દેડકાના કરોડરજ્જુના ઉત્તેજનથી વિવિધ હલનચલન ઉત્પન્ન થાય છે, એવું માનવામાં આવતું હતું કે તમામ મોટર આવેગ કરોડરજ્જુમાં સ્થાનિક હતા. જો કે, સ્થિર માળખું અને સ્થાનિકીકરણવાદ ધીમે ધીમે ન્યુરોસાયન્સના કેન્દ્રીય સિદ્ધાંત તરીકે તૂટી ગયા હતા. હવે તે જાણીતું છે કે ઉચ્ચતમ સ્તર પર પ્રાથમિક મોટર આચ્છાદન અને પ્રિમોટર આચ્છાદન મોટાભાગની સ્વૈચ્છિક હિલચાલ માટે જવાબદાર છે. પ્રાણીઓના નમૂનાઓ, જોકે, મોટર નિયંત્રણમાં સુસંગત રહે છે અને કરોડરજ્જુની પ્રતિક્રિયાઓ અને કેન્દ્રીય પેટર્ન જનરેટર હજુ પણ અભ્યાસનો વિષય છે. જોકે લેશલી (1933) એ સૌપ્રથમ મોટર સમાનતા સમસ્યાની રચના કરી હતી, તે બર્નસ્ટીન જ હતા જેમણે ડીઓએફ સમસ્યાને તેના વર્તમાન સ્વરૂપમાં સ્પષ્ટ કરી હતી. બર્નસ્ટીનની રચનામાં, સમસ્યા અનંત અતિરેકમાંથી પરિણમે છે, છતાં હલનચલન વચ્ચેની લવચીકતા; આમ, ચેતાતંત્રને દેખીતી રીતે દર વખતે જ્યારે તે કાર્ય કરે છે ત્યારે ચોક્કસ મોટર ઉકેલ પસંદ કરવો આવશ્યક છે. બર્નસ્ટીનની રચનામાં, એક સ્નાયુ ક્યારેય અલગ રીતે કામ કરતું નથી. તેના બદલે, સમગ્ર હિલચાલને શક્ય બનાવવા માટે મોટી સંખ્યામાં "ચેતાતંત્ર કેન્દ્રો" સહકાર આપે છે. સી. એન. એસ. ના વિવિધ ભાગોમાંથી નર્વસ આવેગ એક ચળવળ પેદા કરવા માટે સંયોજનમાં પરિઘ પર ભેગા થઈ શકે છે; જો કે, વૈજ્ઞાનિકો માટે આવેગને ચળવળ સાથે જોડતી હકીકતોને સમજવામાં અને સંકલન કરવામાં ઘણી મુશ્કેલી છે. જેને આપણે હવે "પ્લાસ્ટિસિટી" કહીએ છીએ તેના દ્વારા મોટર લર્નિંગની હિલચાલ અને આગાહી વિશે બર્નસ્ટીનની તર્કસંગત સમજ તેમના સમય માટે ક્રાંતિકારી હતી. બર્નસ્ટીનના દૃષ્ટિકોણમાં, હલનચલન હંમેશા "કેન્દ્રીય આવેગ" માં જે સમાયેલું છે તેને એક રીતે અથવા બીજી રીતે પ્રતિબિંબિત કરવું જોઈએ. જો કે, તેમણે સ્વીકાર્યું કે પ્રભાવકો (ફીડ-ફોરવર્ડ) ચળવળ માટે એકમાત્ર મહત્વપૂર્ણ ઘટક નથી; પ્રતિસાદ પણ જરૂરી હતો. આમ, બર્નસ્ટીન ચળવળને લક્ષ્ય તરફ સરળ ચાપને બદલે ચેતાતંત્ર અને સંવેદનાત્મક વાતાવરણ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના બંધ વર્તુળ તરીકે સમજનારા પ્રથમ લોકોમાંના એક હતા. તેમણે મોટર સંકલનને બિનજરૂરી પેરિફેરલ ડી. ઓ. એફ. ને કારણે અનિશ્ચિતતા દૂર કરવાના સાધન તરીકે વ્યાખ્યાયિત કર્યું. વધતા ડી. ઓ. એફ. સાથે, ચેતાતંત્ર માટે વધુ જટિલ, નાજુક સંગઠનાત્મક નિયંત્રણ હોવું વધુને વધુ જરૂરી છે. કારણ કે મનુષ્યો ટકી રહેવા માટે અનુકૂળ હોય છે, "સૌથી મહત્વપૂર્ણ" હલનચલન પ્રતિક્રિયાઓ હોય છે-પીડા અથવા રક્ષણાત્મક પ્રતિક્રિયાઓ પ્રાચીન મનુષ્યોને તેમના કઠોર વાતાવરણમાં ટકી રહેવા માટે ખૂબ જ ટૂંકા ગાળામાં હાથ ધરવાની જરૂર છે. જોકે, આપણી મોટાભાગની હિલચાલ સ્વૈચ્છિક છે; સ્વૈચ્છિક નિયંત્રણ પર ઐતિહાસિક રીતે ઓછો ભાર મૂકવામાં આવ્યો હતો અથવા તો તેની સંપૂર્ણ અવગણના કરવામાં આવી હતી. બર્નસ્ટેને સ્વૈચ્છિક હલનચલનને "મોટર સમસ્યા" ની આસપાસ સંરચિત તરીકે જોયું જ્યાં ચેતાતંત્રને કાર્ય કરવા માટે બે પરિબળોની જરૂર હતીઃ વાસ્તવિકતાની સંપૂર્ણ અને સંપૂર્ણ ધારણા, જે બહુ-સંવેદનાત્મક એકીકરણ દ્વારા પૂર્ણ થાય છે, અને ચેતાતંત્ર દ્વારા સંકેતોની સતત અને યોગ્ય ઓળખ દ્વારા દ્રષ્ટિની નિષ્પક્ષતા. માત્ર બન્ને સાથે જ ચેતાતંત્ર યોગ્ય મોટર સોલ્યુશન પસંદ કરી શકે છે. મુશ્કેલીઓ માનવ શરીરની ચેતાસ્નાયુ પ્રણાલીની જટિલતાને કારણે ડી. ઓ. એફ. સમસ્યા હજુ પણ અભ્યાસનો વિષય છે. સમસ્યાનો સામનો કરવો માત્ર અત્યંત મુશ્કેલ જ નથી, પરંતુ અભ્યાસના ક્ષેત્રની વિશાળતા સિદ્ધાંતોના સંશ્લેષણને એક પડકાર બનાવે છે. સ્વતંત્રતાની માત્રાની ગણતરી મોટર નિયંત્રણમાં સૌથી મોટી મુશ્કેલીઓમાંની એક માનવ શરીરની જટિલ ચેતાસ્નાયુ પ્રણાલીમાં ડી. ઓ. એફ. ની ચોક્કસ સંખ્યાનું પ્રમાણ નક્કી કરવું છે. બિનજરૂરી સ્નાયુઓ અને સાંધાઓ હોવા ઉપરાંત, સ્નાયુઓ બહુવિધ સાંધાઓમાં ફેલાઈ શકે છે, જે પ્રણાલીને વધુ જટિલ બનાવે છે. જેમ જેમ સ્નાયુની લંબાઈ બદલાય છે તેમ તેમ સ્નાયુઓના ગુણધર્મોમાં ફેરફાર થાય છે, જેનાથી યાંત્રિક નમૂનાઓ બનાવવાનું અને સમજવાનું મુશ્કેલ બને છે. વ્યક્તિગત સ્નાયુઓ બહુવિધ ચેતા તંતુઓ (મોટર એકમો) દ્વારા ઉત્તેજિત થાય છે, અને જે રીતે આ એકમોની ભરતી કરવામાં આવે છે તે સમાન રીતે જટિલ છે. જ્યારે દરેક સાંધાને સામાન્ય રીતે ઍગોનિસ્ટ-વિરોધી જોડી તરીકે સમજવામાં આવે છે, ત્યારે તમામ સંયુક્ત હિલચાલ સ્થાનિક રીતે નિયંત્રિત થતી નથી. છેવટે, એક જ ગતિ વારંવાર કરતી વખતે પણ હલનચલન ગતિશાસ્ત્ર સમાન નથી; દેખીતી રીતે સમાન હિલચાલ દરમિયાન પણ અંગની સ્થિતિ, વેગ અને પ્રવેગમાં કુદરતી તફાવત જોવા મળે છે. અભ્યાસના પ્રકાર મોટર નિયંત્રણમાં અન્ય મુશ્કેલી એ છે કે હલનચલનનો અભ્યાસ કરવાની વિવિધ રીતોને એકીકૃત કરવી. મોટર નિયંત્રણના અભ્યાસમાં ત્રણ અલગ-અલગ ક્ષેત્રો ઉભરી આવ્યા છેઃ અંગ મિકેનિક્સ, ન્યુરોફિઝિયોલોજી અને મોટર વર્તન. અંગ મિકેનિક્સનો અભ્યાસ પેરિફેરલ મોટર સિસ્ટમ પર ફિલ્ટર તરીકે ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે જે સ્નાયુ સક્રિયકરણની પેટર્નને હેતુપૂર્ણ હિલચાલમાં રૂપાંતરિત કરે છે. આ પ્રતિમાનમાં, બિલ્ડિંગ બ્લોક એ એક મોટર એકમ છે (એક ચેતાકોષ અને તે જે સ્નાયુ તંતુઓને ઉત્તેજિત કરે છે તે બધા) અને ગતિને પ્રભાવિત કરતા જૈવિક પરિબળોની સંખ્યાને સમજવા માટે જટિલ નમૂનાઓ બનાવવામાં આવે છે. જ્યારે બહુવિધ સાંધા અથવા પર્યાવરણીય પરિબળો જેમ કે જમીન પ્રતિક્રિયા દળો રજૂ કરવામાં આવે છે ત્યારે આ નમૂનાઓ વધુને વધુ જટિલ બને છે. ન્યુરોફિઝિયોલોજી ન્યુરોફિઝિયોલોજીકલ અભ્યાસોમાં, મોટર સિસ્ટમને વિતરિત, ઘણીવાર અધિક્રમિક સિસ્ટમ તરીકે મોડેલિંગ કરવામાં આવે છે, જેમાં કરોડરજ્જુ સ્ટ્રેચ રીફ્લેક્સિસ જેવી હલનચલનની "સૌથી સ્વચાલિત" ને નિયંત્રિત કરે છે, અને આચ્છાદન પદાર્થ સુધી પહોંચવા જેવી "સૌથી સ્વૈચ્છિક" ક્રિયાઓને નિયંત્રિત કરે છે, જેમાં મગજનો ભાગ બંને વચ્ચે ક્યાંક કાર્ય કરે છે. આવા અભ્યાસો પ્રાથમિક મોટર આચ્છાદન (એમ 1) મોટર કાર્યોના આયોજન અને અમલને કેવી રીતે નિયંત્રિત કરે છે તેની તપાસ કરવાનો પ્રયાસ કરે છે. પરંપરાગત રીતે, ન્યુરોફિઝીયોલોજીકલ અભ્યાસોએ માનવ મોટર નિયંત્રણને વધુ સારી રીતે સમજવા માટે ઇલેક્ટ્રોફિઝીયોલોજીકલ રેકોર્ડિંગ્સ અને ઉત્તેજના સાથે પ્રાણીઓના નમૂનાઓનો ઉપયોગ કર્યો છે. મોટર વર્તણૂકનો અભ્યાસ મોટર નિયંત્રણમાં ચેતાતંત્રના અનુકૂલનશીલ અને પ્રતિક્રિયા ગુણધર્મો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. મોટર સિસ્ટમ પ્રમાણમાં ટૂંકા સમયગાળામાં તેના યાંત્રિક વાતાવરણમાં ફેરફારોને અનુકૂળ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે, જ્યારે સાથે સાથે સરળ હિલચાલ ઉત્પન્ન કરે છે; આ અભ્યાસો તપાસ કરે છે કે આ નોંધપાત્ર પ્રતિસાદ કેવી રીતે થાય છે. આવા અભ્યાસો તપાસ કરે છે કે ચેતાતંત્ર કયા ચલોને નિયંત્રિત કરે છે, કયા ચલો ઓછા કડક રીતે નિયંત્રિત થાય છે અને આ નિયંત્રણ કેવી રીતે લાગુ કરવામાં આવે છે. અભ્યાસના સામાન્ય દાખલાઓમાં સ્વૈચ્છિક રીતે પહોંચતા કાર્યો અને મનુષ્યમાં સ્થાયી સંતુલનની વિક્ષેપનો સમાવેશ થાય છે. વિપુલતા અથવા અતિરેક છેવટે, ડી. ઓ. એફ. સમસ્યાનું સ્વરૂપ જ પ્રશ્નો ઉભા કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, શું ચેતાતંત્રને ખરેખર ડી. ઓ. એફ. માંથી પસંદ કરવામાં મુશ્કેલી પડે છે, અથવા ઉત્ક્રાંતિના અસ્તિત્વ માટે ડી. ઓ. એફ. ની વિપુલતા જરૂરી છે? ખૂબ જ આત્યંતિક હલનચલનમાં, મનુષ્યો તેમના ડી. ઓ. એફ. ની મર્યાદાઓને સમાપ્ત કરી શકે છે-આ કિસ્સાઓમાં, ચેતાતંત્ર પાસે માત્ર એક જ વિકલ્પ હોય છે. તેથી, ડી. ઓ. એફ. હંમેશા અનંત હોતા નથી. બર્નસ્ટેને સૂચવ્યું છે કે આપણી વિશાળ સંખ્યામાં ડી. ઓ. એફ. મોટર લર્નિંગને મંજૂરી આપે છે, જેમાં ચેતાતંત્ર શ્રેષ્ઠ ઉકેલ (ઉદાહરણ તરીકે, ચાલવાનું અને બાઇક ચલાવવાનું શીખવું) પર પતાવટ કરતા પહેલા સંભવિત મોટર ઉકેલોના સમૂહની "શોધ" કરે છે. છેવટે, વધારાના ડી. ઓ. એફ. મગજ અથવા કરોડરજ્જુની ઈજા ધરાવતા દર્દીઓને બાયોમિકેનિકલ ડી. ઓ. એફ. ના ઘટાડેલા સમૂહ પર આધાર રાખીને ઘણીવાર હલનચલન જાળવી રાખવાની મંજૂરી આપે છે. તેથી, "ડિગ્રીઝ ઓફ ફ્રીડમ પ્રોબ્લેમ" એ ખોટું નામ હોઈ શકે છે અને આ સમસ્યાનું ઉત્ક્રાંતિ ઉકેલ પ્રદાન કરતા બિનજરૂરી ડી. ઓ. એફ. સાથે "મોટર સમાનતા સમસ્યા" તરીકે વધુ સારી રીતે સમજી શકાય છે. પૂર્વધારણાઓ અને સૂચિત ઉકેલો ડી. ઓ. એફ. સમસ્યાને સમજાવતા ઉકેલો અથવા વૈચારિક નમૂનાઓ રજૂ કરવાના ઘણા પ્રયાસો થયા છે. પ્રથમ પૂર્વધારણાઓમાંની એક ફિટ્સનો કાયદો હતો, જે જણાવે છે કે પહોંચતા કાર્યમાં હિલચાલની ઝડપ અને હિલચાલની ચોકસાઈ વચ્ચે ટ્રેડ-ઓફ થવો જોઈએ. ત્યારથી, અન્ય ઘણા સિદ્ધાંતો રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ પૂર્વધારણા મોટર નિયંત્રણને સમજવા માટેનો એક સામાન્ય દાખલો, શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણને "કાર્ય પ્રદર્શનના આપેલ પાસા માટે મોટર નિયંત્રણને શ્રેષ્ઠ બનાવવા" તરીકે અથવા હિલચાલ સાથે સંકળાયેલ ચોક્કસ "ખર્ચ" ને ઘટાડવાના માર્ગ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યું છે. આ "ખર્ચ કાર્ય" કાર્ય-લક્ષ્યના આધારે અલગ હોઈ શકે છે; ઉદાહરણ તરીકે, લઘુતમ ઊર્જા ખર્ચ હલનચલન સાથે સંકળાયેલ કાર્ય-ચલ હોઈ શકે છે, જ્યારે ચોક્કસ ગતિ અને સ્થિતિ નિયંત્રણ કાર્ય-ચલ હોઈ શકે છે જે ઑબ્જેક્ટ સુધી પહોંચવા સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે. વધુમાં, ખર્ચ કાર્ય ખૂબ જ જટિલ હોઈ શકે છે (દાખલા તરીકે, તે કાર્યને બદલે કાર્યાત્મક હોઈ શકે છે) અને આંતરિક અવકાશમાં રજૂઆતો સાથે પણ સંબંધિત હોઈ શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બાયોમિકેનિકલ જીભના નમૂનાઓ (બી. ટી. એમ.) દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વાણી, જે આંતરિક નમૂના દ્વારા નિયંત્રિત હોય છે, જે અમલમાં મૂકાયેલા કાર્ય (દા. ત., વાણીની ગુણવત્તા, જીભની કઠોરતા) સંબંધિત અવરોધો હેઠળ આંતરિક જગ્યામાં મુસાફરી કરેલા માર્ગની લંબાઈને ઘટાડે છે, તે તદ્દન વાસ્તવિક હોવાનું જણાયું હતું. સારમાં, શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણનો ધ્યેય "સૈદ્ધાંતિક રીતે સ્વતંત્રતાની માત્રાને ઘટાડવાનો" છે. તમામ શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ પ્રણાલીઓના બે મુખ્ય ઘટકો છેઃ "રાજ્ય અંદાજક" જે ચેતાતંત્રને તે શું કરી રહ્યું છે તે વિશે જણાવે છે, જેમાં સંલગ્ન સંવેદનાત્મક પ્રતિસાદ અને મોટર આદેશની અસરકારક નકલનો સમાવેશ થાય છે; અને કાર્ય લક્ષ્યોના આધારે એડજસ્ટેબલ પ્રતિસાદ લાભ. આ એડજસ્ટેબલ ગેઇન્સનો એક ઘટક "ન્યૂનતમ હસ્તક્ષેપ સિદ્ધાંત" હોઈ શકે છે જ્યાં ચેતાતંત્ર સમગ્ર હિલચાલમાં ભારે ફેરફાર કરવાને બદલે માત્ર પસંદગીયુક્ત ભૂલ સુધારણા કરે છે. ઓપન અને ક્લોઝ્ડ-લૂપ મોડેલો શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણના ઓપન-લૂપ અને ક્લોઝ્ડ-લૂપ બંને મોડેલોનો અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે; પહેલું સામાન્ય રીતે સંવેદનાત્મક પ્રતિસાદની ભૂમિકાની અવગણના કરે છે, જ્યારે પછીનું સંવેદનાત્મક પ્રતિસાદનો સમાવેશ કરવાનો પ્રયાસ કરે છે, જેમાં ગતિમાં સામેલ સંવેદનાત્મક પ્રણાલીઓ સાથે સંકળાયેલા વિલંબ અને અનિશ્ચિતતાનો સમાવેશ થાય છે. ઓપન-લૂપ મોડેલો સરળ હોય છે પરંતુ તેમાં ગંભીર મર્યાદાઓ હોય છે-તેઓ સંવેદનાત્મક પ્રતિસાદને અવગણીને, ચેતાતંત્રમાં અગાઉથી રેકોર્ડ કરેલી હિલચાલનું મોડેલ બનાવે છે, અને સમાન કાર્ય-લક્ષ્ય સાથેની હિલચાલ વચ્ચે પરિવર્તનશીલતાનું મોડેલ બનાવવામાં પણ નિષ્ફળ જાય છે. બંને મોડેલોમાં, પ્રાથમિક મુશ્કેલી હિલચાલ સાથે સંકળાયેલ ખર્ચને ઓળખવાની છે. લઘુતમ ઊર્જા ખર્ચ અને "સરળતા" કાર્ય જેવા ખર્ચ પરિબળોનું મિશ્રણ સામાન્ય કામગીરીના માપદંડ માટે સૌથી વધુ સંભવિત પસંદગી છે. શીખવું અને શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ બર્નસ્ટીન સૂચવે છે કે જેમ જેમ મનુષ્ય હલનચલન શીખે છે, તેમ તેમ આપણે ચુસ્ત નિયંત્રણ રાખવા માટે સ્નાયુઓને કડક કરીને આપણા ડી. ઓ. એફ. ને ઘટાડીએ છીએ, પછી ધીમે ધીમે "ઢીલા" કરીએ છીએ અને ઉપલબ્ધ ડી. ઓ. એફ. નું અન્વેષણ કરીએ છીએ કારણ કે કાર્ય વધુ આરામદાયક બને છે, અને ત્યાંથી શ્રેષ્ઠ ઉકેલ શોધીએ છીએ. શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણની દ્રષ્ટિએ, એવું માનવામાં આવે છે કે ચેતાતંત્ર શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ શોધ વ્યૂહરચના દ્વારા કાર્ય-વિશિષ્ટ ચલો શોધવાનું શીખી શકે છે. એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે વિઝ્યુઓમોટર પહોંચતા કાર્યમાં અનુકૂલન શ્રેષ્ઠ રીતે ટ્યુન થાય છે જેથી અજમાયશમાં ચળવળના માર્ગની કિંમતમાં ઘટાડો થાય. આ પરિણામો સૂચવે છે કે ચેતાતંત્ર શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણની બિન-અનુકૂલનશીલ અને અનુકૂલનશીલ પ્રક્રિયાઓ બંને માટે સક્ષમ છે. વધુમાં, આ અને અન્ય પરિણામો સૂચવે છે કે નિયંત્રણ ચલ બનવાને બદલે, સુસંગત ગતિના માર્ગો અને વેગ રૂપરેખાઓ અનુકૂલનશીલ શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ પ્રક્રિયાનું કુદરતી પરિણામ છે. શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણની મર્યાદાઓ શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ એ મોટર નિયંત્રણ અને મોટર સમાનતાની સમસ્યાને સમજવાની એક રીત છે, પરંતુ ચેતાતંત્ર વિશેના મોટાભાગના ગાણિતિક સિદ્ધાંતોની જેમ, તેમાં મર્યાદાઓ છે. વર્તણૂકીય આગાહી કરી શકે તે પહેલાં સિદ્ધાંતમાં ચોક્કસ માહિતી પૂરી પાડવી આવશ્યક છેઃ હિલચાલની કિંમત અને પારિતોષિકો શું છે, કાર્ય પરની અવરોધો શું છે અને સ્થિતિનો અંદાજ કેવી રીતે થાય છે. સારમાં, શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણની મુશ્કેલી એ સમજવામાં છે કે ચેતાતંત્ર નિયંત્રણ વ્યૂહરચનાને કેવી રીતે ચોક્કસપણે અમલમાં મૂકે છે. બહુવિધ ઓપરેશનલ ટાઇમ-સ્કેલ પ્રક્રિયાને જટિલ બનાવે છે, જેમાં સંવેદનાત્મક વિલંબ, સ્નાયુઓનો થાક, બાહ્ય વાતાવરણનું પરિવર્તન અને ખર્ચ-શિક્ષણનો સમાવેશ થાય છે. મસ્ક્યુલોસ્કેલેટલ ડી. ઓ. એફ. ની સંખ્યાને ઘટાડવા માટે, જેના પર ચેતાતંત્રએ કામ કરવું જોઈએ, એવું સૂચવવામાં આવ્યું છે કે ચેતાતંત્ર વ્યક્તિગત સ્નાયુઓને બદલે સ્નાયુ સમન્વય અથવા સહ-સક્રિય સ્નાયુઓના જૂથોને નિયંત્રિત કરે છે. ખાસ કરીને, સ્નાયુ સમન્વયને "સંબંધિત સ્નાયુ સક્રિયકરણની પેટર્નને સ્પષ્ટ કરતા વેક્ટર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે; દરેક સમન્વયની સંપૂર્ણ સક્રિયકરણને એક ચેતા આદેશ સંકેત દ્વારા મોડ્યુલેટ કરવામાં આવે તેવું માનવામાં આવે છે". સહ-સક્રિયતાના નિશ્ચિત ગુણોત્તર પર દરેક સિનર્જીમાં બહુવિધ સ્નાયુઓ સમાયેલ હોય છે, અને બહુવિધ સિનર્જીમાં સમાન સ્નાયુ હોઈ શકે છે. એવું સૂચવવામાં આવ્યું છે કે સ્નાયુ સમન્વય ચેતા અને મસ્ક્યુલોસ્કેલેટલ પ્રણાલીઓના અવરોધો અને ગુણધર્મો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાંથી ઉભરી આવે છે. આ સંસ્થાને વ્યક્તિગત સ્નાયુ નિયંત્રણ કરતાં ચેતાતંત્ર માટે ઓછા ગણતરીના પ્રયત્નોની જરૂર પડી શકે છે કારણ કે વ્યક્તિગત સ્નાયુઓ કરતાં વર્તનને સમજાવવા માટે ઓછા સમન્વયની જરૂર પડે છે. વધુમાં, એવું સૂચવવામાં આવ્યું છે કે જેમ જેમ વર્તણૂકો શીખવામાં આવે છે અને/અથવા અનુકૂળ બને છે તેમ તેમ તાલમેલ પોતે બદલાઈ શકે છે. જો કે, સિનર્જીઝ અમુક અંશે જન્મજાત પણ હોઈ શકે છે, જે ખૂબ જ નાની ઉંમરે મનુષ્યની પોસ્ચ્યુરલ પ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા સૂચવવામાં આવે છે. સ્નાયુ સિનર્જી પૂર્વધારણાનો મુખ્ય મુદ્દો એ છે કે સિનર્જી ઓછી-પરિમાણીય હોય છે અને આમ માત્ર થોડા સિનર્જી જટિલ હિલચાલ માટે જવાબદાર હોઈ શકે છે. આ માળખાના પુરાવા દેડકાઓ, બિલાડીઓ અને મનુષ્યોમાં ઇલેક્ટ્રોમાયોગ્રાફિક (ઇ. એમ. જી.) માહિતીમાંથી મળે છે, જ્યાં મુખ્ય ઘટકો વિશ્લેષણ અને બિન-નકારાત્મક મેટ્રિક્સ ફેક્ટરાઇઝેશન જેવી વિવિધ ગાણિતિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ સ્નાયુ સક્રિયકરણ પેટર્નમાંથી સમન્વયને "બહાર કાઢવા" માટે થાય છે. લાત મારવી, કૂદવું, તરવું અને દેડકાઓમાં ચાલવું જેવા વિવિધ કાર્યોમાં પણ સિનર્જી માળખામાં સમાનતા જોવા મળી છે. વધુ પુરાવા સ્ટ્રોકના દર્દીઓ પાસેથી મળે છે, જેઓ ચોક્કસ કાર્યોમાં ઓછા સમન્વયનો ઉપયોગ કરતા જોવા મળ્યા છે; કેટલાક સ્ટ્રોકના દર્દીઓએ તંદુરસ્ત વિષયો તરીકે તુલનાત્મક સંખ્યામાં સમન્વયનો ઉપયોગ કર્યો હતો, પરંતુ મોટર પ્રદર્શનમાં ઘટાડો થયો હતો. આ માહિતી સૂચવે છે કે સિનર્જી ફોર્મ્યુલેશન મજબૂત છે અને તે અધિક્રમિક ન્યુરલ કંટ્રોલરના સૌથી નીચા સ્તરે હોઈ શકે છે. સંતુલન બિંદુ પૂર્વધારણા અને થ્રેશોલ્ડ નિયંત્રણ સંતુલન બિંદુ પૂર્વધારણામાં, બધી હિલચાલ ચેતાતંત્ર દ્વારા ઇચ્છિત માર્ગ સાથે સંતુલન બિંદુઓના ક્રમિક સંક્રમણ દ્વારા પેદા થાય છે. આ અર્થમાં "સંતુલન બિંદુ" નો અર્થ એ થાય છે કે જ્યાં ક્ષેત્ર શૂન્ય બળ ધરાવે છે, એટલે કે વિરોધી સ્નાયુઓ એકબીજા સાથે સંતુલનની સ્થિતિમાં હોય છે, જેમ કે બે રબરના પટ્ટાઓ સાંધાને સ્થિર સ્થિતિ તરફ ખેંચે છે. સંતુલન બિંદુ નિયંત્રણને "થ્રેશોલ્ડ નિયંત્રણ" પણ કહેવામાં આવે છે કારણ કે સી. એન. એસ. થી પરિઘ સુધી મોકલવામાં આવતા સંકેતો દરેક સ્નાયુની થ્રેશોલ્ડ લંબાઈને નિયંત્રિત કરે છે. આ સિદ્ધાંતમાં, મોટર ચેતાકોષો સ્નાયુઓને આદેશો મોકલે છે, જે સ્નાયુમાં બળ-લંબાઈના સંબંધને બદલે છે, પરિણામે પ્રણાલીના સંતુલન બિંદુમાં ફેરફાર થાય છે. ચેતાતંત્રને અંગોની ગતિશીલતાનો સીધો અંદાજ કાઢવાની જરૂર નથી, પરંતુ સ્નાયુઓ અને કરોડરજ્જુની પ્રતિક્રિયાઓ તંત્રની સ્થિતિ વિશેની તમામ જરૂરી માહિતી પ્રદાન કરશે. યોગ્ય આંતરિક નમૂનાઓ દ્વારા નિયંત્રિત બાયોમિકેનિકલ રોબોટ્સની રચના માટે સંતુલન-બિંદુ પૂર્વધારણા પણ સારી રીતે અનુકૂળ હોવાનું નોંધવામાં આવ્યું છે. બળ નિયંત્રણ અને આંતરિક નમૂનાઓ બળ નિયંત્રણ પૂર્વધારણા જણાવે છે કે ચેતાતંત્ર ગતિના માર્ગને નિર્ધારિત કરવા અને ડી. ઓ. એફ. ને ઘટાડવા માટે દળોની ગણતરી અને સીધા સ્પષ્ટીકરણનો ઉપયોગ કરે છે. આ સિદ્ધાંતમાં, ચેતાતંત્રએ આંતરિક નમૂનાઓ રચવા જોઈએ-આસપાસના વાતાવરણની દ્રષ્ટિએ શરીરની ગતિશીલતાની રજૂઆત. ચેતાતંત્ર કે જે બળને નિયંત્રિત કરે છે તે અનુમાનિત ગતિશાસ્ત્રના આધારે ટોર્ક પેદા કરે છે, જેને ઇન્વર્સ ડાયનેમિક્સ કહેવાય છે. ચેતાતંત્રમાં ગતિના ફીડ-ફોરવર્ડ (આગાહીયુક્ત) અને પ્રતિસાદ મોડેલો બંને આ પ્રક્રિયામાં ભૂમિકા ભજવી શકે છે. અનિયંત્રિત મેનીફોલ્ડ (યુસીએમ) પૂર્વધારણા એ નોંધવામાં આવ્યું છે કે ચેતાતંત્ર કાર્યની કામગીરી સાથે સંબંધિત ચોક્કસ ચલોને નિયંત્રિત કરે છે, જ્યારે અન્ય ચલોને બદલવા માટે મુક્ત રાખે છે; આને અનિયંત્રિત મેનીફોલ્ડ પૂર્વધારણા (યુસીએમ) કહેવામાં આવે છે. અનિયંત્રિત મેનીફોલ્ડને કાર્ય પ્રદર્શનને અસર ન કરતા ચલોના સમૂહ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે; જેકોબિયન અવકાશમાં આ સમૂહને લંબરૂપ ચલને નિયંત્રિત ચલ (CM) ગણવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, બેસી-ટુ-સ્ટેન્ડ કાર્ય દરમિયાન, હોરિઝોન્ટલ પ્લેનમાં હેડ અને સેન્ટર-ઓફ-માસની સ્થિતિ હાથની ગતિ જેવા અન્ય ચલ કરતાં વધુ કડક રીતે નિયંત્રિત થાય છે. અન્ય એક અભ્યાસ સૂચવે છે કે બાયો-રોબોટ્સ દ્વારા ઉત્પન્ન જીભની હિલચાલની ગુણવત્તા, જે ખાસ ડિઝાઇન કરેલા આંતરિક મોડેલ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે, તે જીભની કઠોરતા સાથે વ્યવહારીક રીતે અસંબંધિત છે; બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, ભાષણ ઉત્પાદન દરમિયાન સંબંધિત પરિમાણ વાણીની ગુણવત્તા છે, જ્યારે કઠોરતા તેના બદલે અપ્રસ્તુત છે. તે જ સમયે, જીભના શરીરમાં કઠોરતાના સ્તરની કડક સૂચના વાણીના ઉત્પાદનને અસર કરે છે અને કેટલીક પરિવર્તનશીલતા બનાવે છે, જે જોકે, વાણીની ગુણવત્તા માટે નોંધપાત્ર નથી (ઓછામાં ઓછું, કઠોરતાના વાજબી શ્રેણીમાં). યુસીએમ સિદ્ધાંત બર્નસ્ટીનના મૂળ સિદ્ધાંતની દ્રષ્ટિએ અર્થપૂર્ણ છે કારણ કે તે ચેતાતંત્રને વ્યક્તિગત સ્નાયુઓ અથવા સાંધાને નિયંત્રિત કરવાને બદલે માત્ર કાર્ય પ્રદર્શન સાથે સંબંધિત ચલોને નિયંત્રિત કરવા માટે અવરોધે છે. એકીકૃત સિદ્ધાંતો ચળવળની પસંદગી વિશેના તમામ સિદ્ધાંતો પરસ્પર વિશિષ્ટ નથી. આવશ્યકપણે, તે બધામાં બિનજરૂરી ડી. ઓ. એફ. માં ઘટાડો અથવા નાબૂદી સામેલ છે. શ્રેષ્ઠ પ્રતિસાદ નિયંત્રણ એ અર્થમાં યુસીએમ સિદ્ધાંત સાથે સંબંધિત છે કે શ્રેષ્ઠ નિયંત્રણ કાયદો ચેતાતંત્ર માટે ઓછા મહત્વના ચોક્કસ પરિમાણો (યુસીએમ) સાથે કાર્ય કરી શકશે નહીં. વધુમાં, અમુક દિશાઓમાં નિયંત્રણનો આ અભાવ સૂચવે છે કે નિયંત્રિત ચલ વધુ ચુસ્ત રીતે સહસંબંધિત હશે; આ સહસંબંધ સ્નાયુ સમન્વયની ઓછી-પરિમાણીયતામાં જોવા મળે છે. વધુમાં, આમાંના મોટાભાગના સિદ્ધાંતોમાં અમુક પ્રકારના પ્રતિસાદ અને ફીડ-ફોરવર્ડ મોડેલ્સનો સમાવેશ થાય છે જેનો ચેતાતંત્રએ ઉપયોગ કરવો જ જોઇએ. આમાંના મોટાભાગના સિદ્ધાંતો અમુક પ્રકારની અધિક્રમિક ચેતા નિયંત્રણ યોજનાનો પણ સમાવેશ કરે છે, સામાન્ય રીતે ટોચ પર કોર્ટિકલ વિસ્તારો અને સૌથી નીચા સ્તરે પેરિફેરલ આઉટપુટ સાથે. જો કે, કોઈ પણ સિદ્ધાંત સંપૂર્ણ નથી; જ્યાં સુધી ચેતાતંત્રને અપૂર્ણ રીતે સમજવામાં આવે ત્યાં સુધી ડી. ઓ. એફ. સમસ્યા સુસંગત રહેશે. મોટર નિયંત્રણ મોટર સંકલન મોટર લર્નિંગ નિકોલાઈ બર્નસ્ટીન સિક્સ ડિગ્રીઝ ઓફ ફ્રીડમ સંદર્ભો મોટર નિયંત્રણ પણ જુઓ.