Degrees of freedom problem
तंत्रिका विज्ञान और मोटर नियंत्रण में, स्वतंत्रता समस्या या मोटर समतुल्यता समस्या की डिग्री बताती है कि एक ही लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए मनुष्यों या जानवरों के लिए आंदोलन करने के कई तरीके हैं। दूसरे शब्दों में, सामान्य परिस्थितियों में, मोटर समस्या (या कार्य) और समस्या के मोटर समाधान के बीच कोई सरल एक-से-एक पत्राचार मौजूद नहीं है। मोटर समतुल्यता समस्या को पहली बार रूसी न्यूरोफिजियोलॉजिस्ट निकोलाई बर्नस्टीन द्वारा तैयार किया गया थाः "यह स्पष्ट है कि समन्वय के लिए बुनियादी कठिनाइयाँ स्वतंत्रता की डिग्री की अत्यधिक प्रचुरता में होती हैं, जिसके साथ [तंत्रिका] केंद्र शुरू में निपटने की स्थिति में नहीं होता है।" हालाँकि यह सवाल कि तंत्रिका तंत्र किस विशेष डिग्री ऑफ़ फ्रीडम (डी. ओ. एफ.) का चयन करता है, वैज्ञानिकों के लिए एक समस्या हो सकती है, डी. ओ. एफ. की प्रचुरता लगभग निश्चित रूप से स्तनधारी और अकशेरुकी तंत्रिका तंत्र के लिए एक लाभ है। मानव शरीर में अनावश्यक शारीरिक डी. ओ. एफ. (मांसपेशियों और जोड़ों पर), अनावश्यक गतिज डी. ओ. एफ. (आंदोलनों में अलग-अलग प्रक्षेपवक्र, वेग और त्वरण हो सकते हैं और फिर भी एक ही लक्ष्य प्राप्त कर सकते हैं), और अनावश्यक न्यूरोफिजियोलॉजिकल डी. ओ. एफ. (एक ही मांसपेशी पर सिनेप्सिंग करने वाले कई मोटोन्यूरॉन, और इसके विपरीत) होते हैं। तंत्रिका तंत्र इन निकट-अनंत डी. ओ. एफ. के एक उपसमुच्चय को कैसे "चुनता है" मोटर नियंत्रण और मोटर सीखने को समझने में एक व्यापक कठिनाई है। मोटर नियंत्रण का अध्ययन ऐतिहासिक रूप से दो व्यापक क्षेत्रों में विभाजित हैः "पश्चिमी" न्यूरोफिजियोलॉजिकल अध्ययन, और "बर्नस्टीनियन" आंदोलन का कार्यात्मक विश्लेषण। बाद वाला मोटर नियंत्रण में प्रमुख हो गया है, क्योंकि बर्नस्टीन के सिद्धांतों ने अच्छी तरह से पकड़ बनाई है और आज के रूप में इस क्षेत्र के संस्थापक सिद्धांत माने जाते हैं। पूर्व-बर्नस्टीन 19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध और 20वीं शताब्दी की शुरुआत में, कई वैज्ञानिकों का मानना था कि सभी मोटर नियंत्रण रीढ़ की हड्डी से आते हैं, क्योंकि मेंढकों में उत्तेजना के साथ प्रयोगों ने पैटर्न वाले आंदोलन ("मोटर प्रिमिटिव्स") को प्रदर्शित किया, और रीढ़ की हड्डी वाली बिल्लियों को चलने में सक्षम दिखाया गया था। यह परंपरा उस अवधि के दौरान वकालत किए गए सख्त तंत्रिका तंत्र स्थानीयकरण के साथ निकटता से जुड़ी हुई थी; चूंकि विभिन्न स्थानों पर मेंढक की रीढ़ की हड्डी की उत्तेजना ने अलग-अलग गतिविधियों का उत्पादन किया, इसलिए यह सोचा गया कि सभी मोटर आवेग रीढ़ की हड्डी में स्थानीयकृत थे। हालांकि, स्थिर संरचना और स्थानीयकरण को धीरे-धीरे तंत्रिका विज्ञान के केंद्रीय सिद्धांत के रूप में तोड़ दिया गया था। अब यह ज्ञात है कि उच्चतम स्तर पर प्राथमिक मोटर प्रांतस्था और प्रीमोटर प्रांतस्था अधिकांश स्वैच्छिक आंदोलनों के लिए जिम्मेदार हैं। पशु मॉडल, हालांकि, मोटर नियंत्रण में प्रासंगिक बने हुए हैं और रीढ़ की हड्डी के प्रतिवर्त और केंद्रीय पैटर्न जनरेटर अभी भी अध्ययन का विषय हैं। हालांकि लैश्ले (1933) ने पहली बार मोटर समतुल्यता समस्या को तैयार किया था, लेकिन बर्नस्टीन ने ही डी. ओ. एफ. समस्या को उसके वर्तमान रूप में स्पष्ट किया था। बर्नस्टीन के सूत्रीकरण में, समस्या अनंत अतिरेक के परिणामस्वरूप होती है, फिर भी आंदोलनों के बीच लचीलापन; इस प्रकार, तंत्रिका तंत्र को स्पष्ट रूप से हर बार कार्य करने पर एक विशेष मोटर समाधान का चयन करना चाहिए। बर्नस्टीन के सूत्रीकरण में, एक एकल मांसपेशी कभी भी अलगाव में कार्य नहीं करती है। बल्कि, बड़ी संख्या में "तंत्रिका केंद्र" एक पूरे आंदोलन को संभव बनाने के लिए सहयोग करते हैं। सी. एन. एस. के विभिन्न हिस्सों से तंत्रिका आवेग एक गति उत्पन्न करने के लिए संयोजन में परिधि पर अभिसरण कर सकते हैं; हालाँकि, वैज्ञानिकों के लिए आवेगों को एक गति से जोड़ने वाले तथ्यों को समझने और समन्वय करने में बहुत कठिनाई होती है। बर्नस्टीन की गति की तर्कसंगत समझ और मोटर सीखने की भविष्यवाणी जिसे हम अब "प्लास्टिसिटी" कहते हैं, उनके समय के लिए क्रांतिकारी थी। बर्नस्टीन के विचार में, आंदोलनों को हमेशा किसी न किसी तरह से "केंद्रीय आवेग" में निहित चीज़ों को प्रतिबिंबित करना चाहिए। हालांकि, उन्होंने माना कि प्रभावक (फीड-फॉरवर्ड) आंदोलन के लिए एकमात्र महत्वपूर्ण घटक नहीं थे; प्रतिक्रिया भी आवश्यक थी। इस प्रकार, बर्नस्टीन आंदोलन को एक लक्ष्य की ओर एक सरल चाप के बजाय तंत्रिका तंत्र और संवेदी वातावरण के बीच बातचीत के एक बंद वृत्त के रूप में समझने वाले पहले लोगों में से एक थे। उन्होंने मोटर समन्वय को अनावश्यक परिधीय डी. ओ. एफ. के कारण अनिश्चितता पर काबू पाने के साधन के रूप में परिभाषित किया। डी. ओ. एफ. के बढ़ने के साथ, तंत्रिका तंत्र के लिए अधिक जटिल, नाजुक संगठनात्मक नियंत्रण होना तेजी से आवश्यक हो जाता है। क्योंकि मनुष्य जीवित रहने के लिए अनुकूलित होते हैं, "सबसे महत्वपूर्ण" आंदोलन प्रतिवर्त होते हैं-दर्द या रक्षात्मक प्रतिवर्त को बहुत कम समय में किए जाने की आवश्यकता होती है ताकि प्राचीन मनुष्य अपने कठोर वातावरण से बच सकें। हालाँकि, हमारे अधिकांश आंदोलन स्वैच्छिक हैं; स्वैच्छिक नियंत्रण पर ऐतिहासिक रूप से कम जोर दिया गया था या यहाँ तक कि पूरी तरह से उपेक्षा की गई थी। बर्नस्टीन ने स्वैच्छिक आंदोलनों को एक "मोटर समस्या" के इर्द-गिर्द संरचित के रूप में देखा, जहां तंत्रिका तंत्र को कार्य करने के लिए दो कारकों की आवश्यकता होती हैः वास्तविकता की पूर्ण और पूर्ण धारणा, जैसा कि बहुसंवेदी एकीकरण द्वारा पूरा किया जाता है, और तंत्रिका तंत्र द्वारा संकेतों की निरंतर और सही पहचान के माध्यम से धारणा की वस्तुनिष्ठता। केवल दोनों के साथ ही तंत्रिका तंत्र एक उपयुक्त मोटर समाधान चुन सकता है। कठिनाइयाँ मानव शरीर की तंत्रिका-पेशी प्रणाली की जटिलता के कारण डी. ओ. एफ. समस्या अभी भी अध्ययन का विषय है। न केवल समस्या से निपटना बहुत कठिन है, बल्कि अध्ययन के क्षेत्र की विशालता सिद्धांतों के संश्लेषण को एक चुनौती बनाती है। स्वतंत्रता की डिग्री की गिनती मोटर नियंत्रण में सबसे बड़ी कठिनाइयों में से एक मानव शरीर की जटिल तंत्रिका-पेशी प्रणाली में डी. ओ. एफ. की सटीक संख्या की मात्रा निर्धारित करना है। अनावश्यक मांसपेशियों और जोड़ों के अलावा, मांसपेशियां कई जोड़ों में फैल सकती हैं, जिससे प्रणाली और जटिल हो जाती है। जैसे-जैसे मांसपेशियों की लंबाई बदलती है, मांसपेशियों के गुण बदल जाते हैं, जिससे यांत्रिक मॉडल बनाना और समझना मुश्किल हो जाता है। अलग-अलग मांसपेशियों को कई तंत्रिका तंतुओं (मोटर इकाइयों) द्वारा अंतःस्थापित किया जाता है, और जिस तरह से इन इकाइयों को भर्ती किया जाता है वह समान रूप से जटिल है। जबकि प्रत्येक जोड़ को आम तौर पर एक एगोनिस्ट-विरोधी जोड़ी के रूप में समझा जाता है, सभी संयुक्त आंदोलन स्थानीय रूप से नियंत्रित नहीं होते हैं। अंत में, एक ही गति को बार-बार करने पर भी गति गतिकी समान नहीं होती है; स्थिति, वेग और अंग के त्वरण में प्राकृतिक भिन्नता समान प्रतीत होने वाले आंदोलनों के दौरान भी होती है। अध्ययन के प्रकार मोटर नियंत्रण में एक और कठिनाई आंदोलनों का अध्ययन करने के विभिन्न तरीकों को एकीकृत करना है। मोटर नियंत्रण के अध्ययन में तीन अलग-अलग क्षेत्र सामने आए हैंः अंग यांत्रिकी, तंत्रिका-शरीर विज्ञान और मोटर व्यवहार। अंग यांत्रिकी का अध्ययन परिधीय मोटर प्रणाली पर एक फिल्टर के रूप में ध्यान केंद्रित करता है जो मांसपेशियों के सक्रियण के पैटर्न को उद्देश्यपूर्ण गति में परिवर्तित करता है। इस प्रतिमान में, निर्माण खंड एक मोटर इकाई है (एक न्यूरॉन और सभी मांसपेशियों के तंतु जो इसे उत्तेजित करते हैं) और गति को प्रभावित करने वाले जैविक कारकों की भीड़ को समझने के लिए जटिल मॉडल बनाए जाते हैं। ये मॉडल तेजी से जटिल हो जाते हैं जब कई जोड़ों या पर्यावरणीय कारकों जैसे कि जमीनी प्रतिक्रिया बलों को पेश किया जाता है। न्यूरोफिजियोलॉजी न्यूरोफिजियोलॉजिकल अध्ययनों में, मोटर प्रणाली को एक वितरित, अक्सर पदानुक्रमित प्रणाली के रूप में मॉडल किया जाता है जिसमें रीढ़ की हड्डी खिंचाव प्रतिवर्त जैसे आंदोलनों के "सबसे स्वचालित" को नियंत्रित करती है, और प्रांतस्था किसी वस्तु तक पहुंचने जैसे "सबसे स्वैच्छिक" कार्यों को नियंत्रित करती है, जिसमें मस्तिष्क दोनों के बीच कहीं न कहीं एक कार्य करता है। इस तरह के अध्ययन इस बात की जांच करने का प्रयास करते हैं कि प्राथमिक मोटर प्रांतस्था (एम1) मोटर कार्यों की योजना और निष्पादन को कैसे नियंत्रित करता है। परंपरागत रूप से, न्यूरोफिजियोलॉजिकल अध्ययनों ने मानव मोटर नियंत्रण को बेहतर ढंग से समझने के लिए इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल रिकॉर्डिंग और उत्तेजना के साथ पशु मॉडल का उपयोग किया है। मोटर व्यवहार का अध्ययन मोटर नियंत्रण में तंत्रिका तंत्र के अनुकूली और प्रतिक्रिया गुणों पर ध्यान केंद्रित करता है। मोटर प्रणाली को अपेक्षाकृत कम समय पर अपने यांत्रिक वातावरण में परिवर्तनों के अनुकूल होने के लिए दिखाया गया है, साथ ही साथ सुचारू आंदोलनों का उत्पादन करते हुए; ये अध्ययन इस बात की जांच करते हैं कि यह उल्लेखनीय प्रतिक्रिया कैसे होती है। इस तरह के अध्ययन इस बात की जांच करते हैं कि तंत्रिका तंत्र कौन से चर को नियंत्रित करता है, कौन से चर कम कसकर नियंत्रित होते हैं, और इस नियंत्रण को कैसे लागू किया जाता है। अध्ययन के सामान्य प्रतिमानों में स्वैच्छिक रूप से पहुँचने वाले कार्य और मनुष्यों में स्थायी संतुलन की गड़बड़ी शामिल हैं। प्रचुरता या अतिरेक अंत में, डी. ओ. एफ. समस्या की प्रकृति ही सवाल उठाती है। उदाहरण के लिए, क्या तंत्रिका तंत्र को वास्तव में डी. ओ. एफ. में से चुनने में कठिनाई होती है, या क्या विकासवादी अस्तित्व के लिए डी. ओ. एफ. की प्रचुरता आवश्यक है? बहुत चरम आंदोलनों में, मनुष्य अपने डी. ओ. एफ. की सीमाओं को समाप्त कर सकते हैं-इन मामलों में, तंत्रिका तंत्र के पास केवल एक विकल्प होता है। इसलिए, डीओएफ हमेशा अनंत नहीं होते हैं। बर्नस्टीन ने सुझाव दिया है कि हमारी बड़ी संख्या में डी. ओ. एफ. मोटर सीखने की अनुमति देते हैं, जिसमें तंत्रिका तंत्र एक इष्टतम समाधान (उदाहरण के लिए, चलना और साइकिल चलाना सीखना) पर बसने से पहले संभावित मोटर समाधानों के समूह की "खोज" करता है। अंत में, अतिरिक्त डी. ओ. एफ. मस्तिष्क या रीढ़ की हड्डी की चोट वाले रोगियों को बायोमैकेनिकल डी. ओ. एफ. के कम सेट पर भरोसा करते हुए अक्सर गति बनाए रखने की अनुमति देते हैं। इसलिए, "स्वतंत्रता समस्या की डिग्री" एक गलत नाम हो सकता है और इस समस्या का एक विकासवादी समाधान प्रदान करने वाले अनावश्यक डी. ओ. एफ. के साथ "मोटर समतुल्यता समस्या" के रूप में बेहतर समझा जाता है। परिकल्पनाएँ और प्रस्तावित समाधान डी. ओ. एफ. समस्या की व्याख्या करने वाले समाधान या वैचारिक मॉडल पेश करने के कई प्रयास किए गए हैं। पहली परिकल्पनाओं में से एक फिट्स का नियम था, जिसमें कहा गया है कि एक पहुँचने वाले कार्य में गति की गति और गति की सटीकता के बीच एक समझौता होना चाहिए। तब से, कई अन्य सिद्धांत प्रस्तुत किए गए हैं। इष्टतम नियंत्रण परिकल्पना मोटर नियंत्रण को समझने के लिए एक सामान्य प्रतिमान, इष्टतम नियंत्रण को "कार्य प्रदर्शन के किसी दिए गए पहलू के लिए मोटर नियंत्रण को अनुकूलित करने" के रूप में परिभाषित किया गया है, या किसी आंदोलन से जुड़े एक निश्चित "लागत" को कम करने के तरीके के रूप में। यह "लागत कार्य" कार्य-लक्ष्य के आधार पर अलग-अलग हो सकता है; उदाहरण के लिए, न्यूनतम ऊर्जा व्यय गति के साथ जुड़ा एक कार्य-चर हो सकता है, जबकि सटीक प्रक्षेपवक्र और स्थिति नियंत्रण एक कार्य-चर हो सकता है जो किसी वस्तु तक पहुंचने से जुड़ा हो। इसके अलावा, लागत कार्य काफी जटिल हो सकता है (उदाहरण के लिए, यह कार्य के बजाय एक कार्यात्मक हो सकता है) और आंतरिक स्थान में प्रतिनिधित्व से भी संबंधित हो सकता है। उदाहरण के लिए, बायोमैकेनिकल जीभ मॉडल (बी. टी. एम.) द्वारा उत्पादित भाषण, आंतरिक मॉडल द्वारा नियंत्रित होता है जो निष्पादित कार्य (जैसे, बोलने की गुणवत्ता, जीभ की कठोरता) से संबंधित बाधाओं के तहत आंतरिक स्थान में यात्रा किए गए मार्ग की लंबाई को कम करता है, काफी यथार्थवादी पाया गया। संक्षेप में, इष्टतम नियंत्रण का लक्ष्य "सैद्धांतिक तरीके से स्वतंत्रता की डिग्री को कम करना" है। सभी इष्टतम नियंत्रण प्रणालियों के दो प्रमुख घटक हैंः एक "स्थिति अनुमानक" जो तंत्रिका तंत्र को बताता है कि वह क्या कर रहा है, जिसमें अभिवाही संवेदी प्रतिक्रिया और मोटर आदेश की एक अप्रवाही प्रति शामिल है; और कार्य लक्ष्यों के आधार पर समायोज्य प्रतिक्रिया लाभ। इन समायोज्य लाभों का एक घटक एक "न्यूनतम हस्तक्षेप सिद्धांत" हो सकता है जहां तंत्रिका तंत्र एक आंदोलन की संपूर्णता को भारी रूप से संशोधित करने के बजाय केवल चयनात्मक त्रुटि सुधार करता है। ओपन और क्लोज्ड-लूप मॉडल इष्टतम नियंत्रण के ओपन-लूप और क्लोज्ड-लूप दोनों मॉडल का अध्ययन किया गया है; पहला आम तौर पर संवेदी प्रतिक्रिया की भूमिका को नजरअंदाज करता है, जबकि दूसरा संवेदी प्रतिक्रिया को शामिल करने का प्रयास करता है, जिसमें आंदोलन में शामिल संवेदी प्रणालियों से जुड़ी देरी और अनिश्चितता शामिल है। ओपन-लूप मॉडल सरल होते हैं लेकिन उनकी गंभीर सीमाएँ होती हैं-वे संवेदी प्रतिक्रिया को नजरअंदाज करते हुए तंत्रिका तंत्र में पहले से दर्ज एक आंदोलन का मॉडल बनाते हैं, और एक ही कार्य-लक्ष्य के साथ आंदोलनों के बीच परिवर्तनशीलता का मॉडल बनाने में भी विफल रहते हैं। दोनों मॉडलों में, प्राथमिक कठिनाई एक आंदोलन से जुड़ी लागत की पहचान करना है। न्यूनतम ऊर्जा व्यय और एक "सुगमता" कार्य जैसे लागत चर का मिश्रण एक सामान्य प्रदर्शन मानदंड के लिए सबसे अधिक संभावित विकल्प है। सीखना और इष्टतम नियंत्रण बर्नस्टीन ने सुझाव दिया कि जैसे-जैसे मनुष्य एक आंदोलन सीखते हैं, हम पहले मांसपेशियों को कड़ा करके अपने डी. ओ. एफ. को कम करते हैं ताकि कड़ा नियंत्रण हो सके, फिर धीरे-धीरे "ढीला" हो जाएं और उपलब्ध डी. ओ. एफ. का पता लगाएं क्योंकि कार्य अधिक आरामदायक हो जाता है, और वहाँ से एक इष्टतम समाधान खोजें। इष्टतम नियंत्रण के संदर्भ में, यह माना गया है कि तंत्रिका तंत्र एक इष्टतम नियंत्रण खोज रणनीति के माध्यम से कार्य-विशिष्ट चर को खोजना सीख सकता है। यह दिखाया गया है कि एक विज़ुओमोटर पहुँचने वाले कार्य में अनुकूलन इष्टतम रूप से ट्यून हो जाता है ताकि परीक्षणों पर गति प्रक्षेपवक्र की लागत कम हो जाए। इन परिणामों से पता चलता है कि तंत्रिका तंत्र इष्टतम नियंत्रण की गैर-अनुकूली और अनुकूली दोनों प्रक्रियाओं में सक्षम है। इसके अलावा, ये और अन्य परिणाम बताते हैं कि एक नियंत्रण चर होने के बजाय, सुसंगत गति प्रक्षेपवक्र और वेग प्रोफाइल एक अनुकूली इष्टतम नियंत्रण प्रक्रिया का प्राकृतिक परिणाम हैं। इष्टतम नियंत्रण की सीमाएँ इष्टतम नियंत्रण मोटर नियंत्रण और मोटर समतुल्यता समस्या को समझने का एक तरीका है, लेकिन तंत्रिका तंत्र के बारे में अधिकांश गणितीय सिद्धांतों के साथ, इसकी सीमाएँ हैं। व्यवहार संबंधी भविष्यवाणी करने से पहले सिद्धांत के पास कुछ जानकारी होनी चाहिएः किसी आंदोलन की लागत और पुरस्कार क्या हैं, कार्य पर क्या बाधाएं हैं, और राज्य का अनुमान कैसे लगाया जाता है। संक्षेप में, इष्टतम नियंत्रण के साथ कठिनाई यह समझने में निहित है कि तंत्रिका तंत्र एक नियंत्रण रणनीति को सटीक रूप से कैसे निष्पादित करता है। कई परिचालन समय-पैमाने प्रक्रिया को जटिल बनाते हैं, जिसमें संवेदी देरी, मांसपेशियों की थकान, बाहरी वातावरण में बदलाव और लागत-सीखना शामिल हैं। मस्कुल सिनर्जी परिकल्पना मस्कुलस्केलेटल डी. ओ. एफ. की संख्या को कम करने के लिए जिस पर तंत्रिका तंत्र को काम करना चाहिए, यह प्रस्तावित किया गया है कि तंत्रिका तंत्र व्यक्तिगत मांसपेशियों के बजाय मांसपेशियों के सिनर्जी, या सह-सक्रिय मांसपेशियों के समूहों को नियंत्रित करता है। विशेष रूप से, एक मांसपेशी सिनर्जी को "एक वेक्टर के रूप में परिभाषित किया गया है जो सापेक्ष मांसपेशी सक्रियण के एक पैटर्न को निर्दिष्ट करता है; प्रत्येक सिनर्जी के पूर्ण सक्रियण को एकल तंत्रिका आदेश संकेत द्वारा संशोधित किया जाता है"। सह-सक्रियण के निश्चित अनुपात में प्रत्येक सहक्रिया के भीतर कई मांसपेशियां निहित होती हैं, और कई सहक्रियाओं में एक ही मांसपेशी हो सकती है। यह प्रस्तावित किया गया है कि मांसपेशियों का तालमेल तंत्रिका और मस्कुलस्केलेटल सिस्टम की बाधाओं और गुणों के बीच एक बातचीत से उभरता है। इस संगठन को व्यक्तिगत मांसपेशियों के नियंत्रण की तुलना में तंत्रिका तंत्र के लिए कम कम्प्यूटेशनल प्रयास की आवश्यकता हो सकती है क्योंकि व्यक्तिगत मांसपेशियों की तुलना में व्यवहार को समझाने के लिए कम तालमेल की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, यह प्रस्तावित किया गया है कि तालमेल स्वयं बदल सकते हैं क्योंकि व्यवहार सीखे जाते हैं और/या अनुकूलित किए जाते हैं। हालाँकि, तालमेल कुछ हद तक जन्मजात भी हो सकते हैं, जैसा कि बहुत कम उम्र में मनुष्यों की मुद्रा प्रतिक्रियाओं से पता चलता है। मांसपेशियों के तालमेल की परिकल्पना का एक प्रमुख बिंदु यह है कि तालमेल कम आयामी होते हैं और इस प्रकार कुछ ही तालमेल एक जटिल गति के लिए जिम्मेदार हो सकते हैं। इस संरचना के लिए साक्ष्य मेंढकों, बिल्लियों और मनुष्यों में इलेक्ट्रोमायोग्राफिक (ई. एम. जी.) डेटा से आता है, जहां विभिन्न गणितीय विधियों जैसे कि प्रमुख घटक विश्लेषण और गैर-नकारात्मक मैट्रिक्स गुणनखंडन का उपयोग मांसपेशियों के सक्रियण पैटर्न से तालमेल को "निकालने" के लिए किया जाता है। लात मारने, कूदने, तैरने और मेंढकों में चलने जैसे विभिन्न कार्यों में भी तालमेल संरचना में समानताएं देखी गई हैं। आगे के प्रमाण आघात रोगियों से आते हैं, जिन्हें कुछ कार्यों में कम तालमेल का उपयोग करते हुए देखा गया है; कुछ आघात रोगियों ने स्वस्थ विषयों के रूप में तुलनात्मक संख्या में तालमेल का उपयोग किया, लेकिन कम मोटर प्रदर्शन के साथ। इन आंकड़ों से पता चलता है कि एक सिनर्जी सूत्रीकरण मजबूत है और एक पदानुक्रमित तंत्रिका नियंत्रक के सबसे निचले स्तर पर हो सकता है। संतुलन बिंदु परिकल्पना और सीमा नियंत्रण संतुलन बिंदु परिकल्पना में, सभी आंदोलन एक वांछित प्रक्षेपवक्र के साथ संतुलन बिंदुओं के क्रमिक संक्रमण के माध्यम से तंत्रिका तंत्र द्वारा उत्पन्न होते हैं। इस अर्थ में "संतुलन बिंदु" का अर्थ एक ऐसी स्थिति के रूप में लिया जाता है जहां एक क्षेत्र में शून्य बल होता है, जिसका अर्थ है कि विरोधी मांसपेशियां एक दूसरे के साथ संतुलन की स्थिति में होती हैं, जैसे कि दो रबर बैंड जोड़ को एक स्थिर स्थिति में खींचते हैं। संतुलन बिंदु नियंत्रण को "सीमा नियंत्रण" भी कहा जाता है क्योंकि सी. एन. एस. से परिधि तक भेजे गए संकेतों को प्रत्येक मांसपेशी की सीमा लंबाई को संशोधित करने के लिए सोचा जाता है। इस सिद्धांत में, मोटर न्यूरॉन्स मांसपेशियों को आदेश भेजते हैं, जो एक मांसपेशी के भीतर बल-लंबाई संबंध को बदल देता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रणाली के संतुलन बिंदु में बदलाव होता है। तंत्रिका तंत्र को सीधे अंग गतिशीलता का अनुमान लगाने की आवश्यकता नहीं होगी, बल्कि मांसपेशियों और रीढ़ की हड्डी के प्रतिवर्त तंत्र की स्थिति के बारे में सभी आवश्यक जानकारी प्रदान करेंगे। संतुलन-बिंदु परिकल्पना को विनियोजित आंतरिक मॉडल द्वारा नियंत्रित बायोमैकेनिकल रोबोट के डिजाइन के लिए भी अच्छी तरह से उपयुक्त बताया गया है। बल नियंत्रण और आंतरिक मॉडल बल नियंत्रण परिकल्पना बताती है कि तंत्रिका तंत्र गति प्रक्षेपवक्र निर्धारित करने और डी. ओ. एफ. को कम करने के लिए बलों की गणना और प्रत्यक्ष विनिर्देशन का उपयोग करता है। इस सिद्धांत में, तंत्रिका तंत्र को आंतरिक मॉडल बनाना चाहिए-आसपास के वातावरण के संदर्भ में शरीर की गतिशीलता का प्रतिनिधित्व। एक तंत्रिका तंत्र जो बल को नियंत्रित करता है, उसे अनुमानित गतिविज्ञान के आधार पर टोक़ उत्पन्न करना चाहिए, एक प्रक्रिया जिसे व्युत्क्रम गतिकी कहा जाता है। तंत्रिका तंत्र में गति के फीड-फॉरवर्ड (भविष्यसूचक) और फीडबैक मॉडल दोनों इस प्रक्रिया में एक भूमिका निभा सकते हैं। अनियंत्रित मैनिफोल्ड (यू. सी. एम.) परिकल्पना यह ध्यान दिया गया है कि तंत्रिका तंत्र किसी कार्य के प्रदर्शन के लिए प्रासंगिक विशेष चर को नियंत्रित करता है, जबकि अन्य चर को बदलने के लिए स्वतंत्र छोड़ देता है; इसे अनियंत्रित मैनिफोल्ड परिकल्पना (यू. सी. एम.) कहा जाता है। अनियंत्रित मैनिफोल्ड को चरों के समूह के रूप में परिभाषित किया गया है जो कार्य प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करते हैं; जैकोबियन स्थान में इस सेट के लंबवत चर को नियंत्रित चर (सीएम) माना जाता है। उदाहरण के लिए, एक बैठे-खड़े कार्य के दौरान, क्षैतिज तल में सिर और द्रव्यमान के केंद्र की स्थिति हाथ की गति जैसे अन्य चर की तुलना में अधिक कसकर नियंत्रित होती है। एक अन्य अध्ययन इंगित करता है कि जैव-रोबोट द्वारा उत्पादित जीभ की गतिविधियों की गुणवत्ता, जो एक विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए आंतरिक मॉडल द्वारा नियंत्रित होती है, व्यावहारिक रूप से जीभ की कठोरता के साथ असंबंधित है; दूसरे शब्दों में, भाषण उत्पादन के दौरान प्रासंगिक पैरामीटर भाषण की गुणवत्ता है, जबकि कठोरता बल्कि अप्रासंगिक है। साथ ही, जीभ के शरीर में कठोरता के स्तर का सख्त निर्देश भाषण उत्पादन को प्रभावित करता है और कुछ परिवर्तनशीलता पैदा करता है, जो हालांकि, भाषण की गुणवत्ता के लिए महत्वपूर्ण नहीं है (कम से कम, कठोरता के स्तर की उचित सीमा में)। यू. सी. एम. सिद्धांत बर्नस्टीन के मूल सिद्धांत के संदर्भ में समझ में आता है क्योंकि यह तंत्रिका तंत्र को व्यक्तिगत मांसपेशियों या जोड़ों को नियंत्रित करने के बजाय केवल कार्य प्रदर्शन के लिए प्रासंगिक चर को नियंत्रित करने के लिए विवश करता है। आंदोलन के चयन के बारे में सभी सिद्धांत पारस्परिक रूप से अनन्य नहीं हैं। आवश्यक रूप से, इन सभी में अनावश्यक डी. ओ. एफ. को कम करना या समाप्त करना शामिल है। इष्टतम प्रतिक्रिया नियंत्रण यू. सी. एम. सिद्धांत से इस अर्थ में संबंधित है कि इष्टतम नियंत्रण कानून तंत्रिका तंत्र के लिए कम महत्व के कुछ आयामों (यू. सी. एम.) के साथ कार्य नहीं कर सकता है। इसके अलावा, कुछ दिशाओं में नियंत्रण की इस कमी का तात्पर्य है कि नियंत्रित चर अधिक मजबूती से सहसंबद्ध होंगे; यह सहसंबंध मांसपेशियों के तालमेल की निम्न-आयामीता में देखा जाता है। इसके अलावा, इनमें से अधिकांश सिद्धांतों में किसी प्रकार की प्रतिक्रिया और फीड-फॉरवर्ड मॉडल शामिल हैं जिनका तंत्रिका तंत्र को उपयोग करना चाहिए। इनमें से अधिकांश सिद्धांत किसी प्रकार की पदानुक्रमित तंत्रिका नियंत्रण योजना को भी शामिल करते हैं, आमतौर पर शीर्ष पर कॉर्टिकल क्षेत्रों और निम्नतम स्तर पर परिधीय आउटपुट के साथ। हालाँकि, कोई भी सिद्धांत सही नहीं है; डी. ओ. एफ. समस्या तब तक प्रासंगिक बनी रहेगी जब तक कि तंत्रिका तंत्र को अपूर्ण रूप से समझा जाता है। मोटर नियंत्रण मोटर समन्वय मोटर लर्निंग निकोलाई बर्नस्टीन सिक्स डिग्री ऑफ फ्रीडम संदर्भ मोटर नियंत्रण भी देखें