Medizin

Hallo,

Es geht mir um die Frage, wie ein optimales Mensch-Maschine Interface,
z.B. eine anschlagsdynamische Klaviatur beschaffen sein sollte, damit es
mit *minimalem* Aufwand steuerbar ist.

ich wüsste gerne, wie ein *einziger* Muskel genau funktioniert, d.h.
welche Parameter steuerbar sind, wenn nur ein einziger Muskel aktiv ist.

Soweit ich weiss, kann das Gehirn nur 2 Dinge steuern: Die Rate der
Erregungsimpulse und die Anzahl der Muskelzellen, die erregt werden.
D.h. steuerbar ist nur die Kraft bzw. Energie und nicht die Geschwindigkeit.
Ob die Länge des Muskels steuerbar ist, wenn keine Kraft entgegenwirkt,
weiss ich nicht; ich vermute jedoch, dass dies nicht der Fall ist.

Die Geschwindigkeit und Länge werden erst steuerbar, wenn eine andere
hemmende Kraft entgegenwirkt, z.B. die Massenträgheit, eine
*progressive* Federkraft oder wenn 2 Muskeln (Beuge und Streckmuskel)
einander entgegenwirken.

Ist das richtig so? Oder ist es doch anders?

TIA,

Peter

Peter Heckert schrieb:
> Es geht mir um die Frage, wie ein optimales Mensch-Maschine Interface,
> z.B. eine anschlagsdynamische Klaviatur beschaffen sein sollte, damit es
> mit *minimalem* Aufwand steuerbar ist.

Es gibt Eye-Tracker sowie ein Interface, das elektrische
Spannungsänderungen vom Kopf abliest. Wenn Du unbedingt tippen
willst - Berührungssensoren sind uralt.

> ich wüsste gerne, wie ein *einziger* Muskel genau funktioniert, d.h.
> welche Parameter steuerbar sind, wenn nur ein einziger Muskel aktiv ist.

Ein paar Anregungen:
http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/236521.html
http://www.newscientist.com/article.ns?id=mg18925375.000
http://www.sciencedaily.com/releases/2006/06/060616092642.htm
http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2005/pressemitteilung200508101/
http://www.biologynews.net/archives/2006/03/09/salk researchers make fast strides towards understanding how our body controls walking.html
http://www.vetscite.org/publish/items/001904/index.html
http://www.wissenschaft-online.de/artikel/616945
http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/242859.html
http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/230965
http://www.scienceblog.com/cms/node/3271
http://www.sciencedaily.com/releases/2002/03/020314080425.htm
http://www.physorg.com/news10610.html
http://www.eurekalert.org/pub releases/2005-09/uoc--ah092205.php
http://www.eurekalert.org/pub releases/2007-01/jhu-fs013107.php
http://www.eurekalert.org/pub releases/2005-05/bpl-hed051105.php
http://www.scienceblog.com/cms/node/7286
http://www.sciencedaily.com/releases/2002/12/021210074446.htm
http://www.sciam.com/article.cfm?articleID=000B98E8-4106-1D1A-8B07809EC588EEDF&catID=1
http://www.scienceblog.com/cms/node/7241
http://www.idw-online.de/pages/de/news190730
http://www.eurekalert.org/pub releases/2007-03/cshl-nti032607.php
http://www.eurekalert.org/pub releases/2006-03/bpl-nlo032206.php
http://www.biologynews.net/archives/2006/09/07/fastfreeze snapshot yields new picture of nervemuscle junction.html

Grüße,
Joachim

Joachim Pimiskern wrote:
> Peter Heckert schrieb:
>> Es geht mir um die Frage, wie ein optimales Mensch-Maschine Interface,
>> z.B. eine anschlagsdynamische Klaviatur beschaffen sein sollte, damit es
>> mit *minimalem* Aufwand steuerbar ist.
>
> Es gibt Eye-Tracker sowie ein Interface, das elektrische
> Spannungsänderungen vom Kopf abliest.
Damit kann man nicht polyphon Klavier spielen, nochnichtmal Orgel.

Wenn Du unbedingt tippen
> willst - Berührungssensoren sind uralt.
>
Die sind i.A. nicht anschlagsdynamisch.

>> ich wüsste gerne, wie ein *einziger* Muskel genau funktioniert, d.h.
>> welche Parameter steuerbar sind, wenn nur ein einziger Muskel aktiv ist.
>

Also, nochmal genauer - und konkreter formuliert:

Ich möchte gerne wissen, welche Parameter der Muskelkontraktion
prinzipiellsteuerbar sind, wenn keine Gegenkraft
(Schwerkraft,Massenträgheit, anderer Muskel) zu überwinden ist.

Ist es die Kraft, (d.h die Anzahl der Muskelzellen, die "triggern") oder
kann auch die Geschwindigkeit der Kontraktion oder der
Kontraktionsfaktor gesteuert werden? (Klar dass sich die Muskeln bei
höherer Kraft als Folge auch etwas mehr kontrahieren, was ich meine, ist
die physikalisch-physiologische Grösse, die /ursächlich/ steuerbar ist,
die also direkt mit den Nervenimpulsen korreliert)

Es ist eine theoretische Frage.

Die Antwort sollte aber für einen Mediziner trivial sein, ich will nur
das Grundprinzip und nicht alle Feinheiten und Besonderheiten wissen.

Weshalb ich das wissen will:
In der Kaviatur muss die Muskelaktion letztlich in eine Geschwindigkeit
umgewandelt werden, weil nur diese ökonomisch messbar ist, andere
Verfahren sind zu teuer oder zu ungenau.

Ich frage mich nun, ob man dies besser mit (progressiven) Federn,
Schaumstoff oder besser mit Massenträgheit erreicht.
Man muss dazu schliesslich nicht ein reales Klavier nachbilden, im
Gegenteil, eine optimale elektronische Klaviatur /könnte/ Eigenschaften
haben, die im traditionellen Klavier überghaupt nicht machbar sind.


Grüsse,

Peter

Peter Heckert wrote:

> Ich möchte gerne wissen, welche Parameter der Muskelkontraktion
> prinzipiellsteuerbar sind, wenn keine Gegenkraft
> (Schwerkraft,Massenträgheit, anderer Muskel) zu überwinden ist.

Können Astronauten koordinierte Tätigkeiten in Schwerelosigkeit ausüben oder
sind sie hilflos?

> Ist es die Kraft, (d.h die Anzahl der Muskelzellen, die "triggern")
> oder kann auch die Geschwindigkeit der Kontraktion oder der
> Kontraktionsfaktor gesteuert werden?

Kannst Du einen Arm sowohl langsam als auch schnell heben?
Was sind motorische Einheiten? Was ist Rekrutierung im Kontext
Muskeltätigkeit?

Vielleicht magst Du auch in einer Bibiothek in einigen Lehrbüchern der
Physiologie schnuppern, z.B. Schmidt/Thews oder Klinke/Silbernagel.


Anja

Anja Länge wrote:
> Peter Heckert wrote:
>
>> Ich möchte gerne wissen, welche Parameter der Muskelkontraktion
>> prinzipiellsteuerbar sind, wenn keine Gegenkraft
>> (Schwerkraft,Massenträgheit, anderer Muskel) zu überwinden ist.
>
> Können Astronauten koordinierte Tätigkeiten in Schwerelosigkeit ausüben oder
> sind sie hilflos?
>
Sie benutzen ja auch Beuge- und Streckmuskeln und die Massenträgheit des
eigenen Körpers.
D.h. für eine koordinierte Bewegung aktivieren sie mehrere Muskeln, die
teilweise gegeneinander arbeiten.
Diesen Fall habe ich ja ausgeschlossen.
Mir geht es um die Frage, was ein Muskel alleine kann.

Beispiel: Wenn man auf einer ungewichteten Klaviatur einen Ton leise
spielt, dann muss man die Taste langsam drücken. D.h. man benützt Beuge
und Streckmuskel und verwendet dafür mehr Energie und Konzentration als
notwendig.
Gleichzeitig schnell und leise spielen ist schwierig.

Auf einer gewichteten Tastatur, die selber die Gegenkraft liefert,
braucht man aber nur einen Muskel (wenn man es richtig macht) und ist
entspannter. (U.U. geht es sogar ohne Muskelkraft, indem man die Hand
einfach fallen lässt)

> Vielleicht magst Du auch in einer Bibiothek in einigen Lehrbüchern der
> Physiologie schnuppern, z.B. Schmidt/Thews oder Klinke/Silbernagel.
>
Möchte ich nicht. Schliesslich muss man ja auch nicht Elektrotechnik und
Informatik studieren um einen PC einzuschalten ;-)

Ich möchte nur eine einfache aber fachlich fundierte Auskunft.

Hallo,

Peter Heckert wrote:
> Anja Länge wrote:
(...)
>>Vielleicht magst Du auch in einer Bibiothek in einigen Lehrbüchern der
>>Physiologie schnuppern, z.B. Schmidt/Thews oder Klinke/Silbernagel.
>
> Möchte ich nicht. Schliesslich muss man ja auch nicht Elektrotechnik und
> Informatik studieren um einen PC einzuschalten ;-)

Aber um die *Funktionsweise* eines PCs zu verstehen, musst Du mehr
wissen, als nur die Einschalttaste zu kennen. Das war ja auch Deine
Frage: "Funktionsweise eines Muskels". Anja hat Dir die einzig sinnvolle
Antwort gegeben. Die Funktionsweise eines Muskels ist komplex und
verstehen wirst Du sie erst, wenn Du Dich gründlich in das Thema
eingelesen hast.

> Ich möchte nur eine einfache aber fachlich fundierte Auskunft.

Komplexe Probleme lassen sich nicht so einfach erklären, wie Du Dir das
vorstellst. Analog könnte ich von Dir fordern: Erkläre mal eben schnell
die relativistische Quantenelektrodynamik, bitte einfach aber fachlich
fundiert. Vielleicht findet sich hier ein Neunmalkluger, der Dir auf
Deine Muskel-Frage eine einfache Antwort gibt. Aber mangels
Hintergrundwissen wirst Du niemals erkennen, ob die Antwort fachlich
fundiert ist, höchstens, ob sie fachlich fundiert *klingt* und da liegt
der Hund begraben.

VG

Mareike

Peter Heckert wrote:

> Ich frage mich nun, ob man dies besser mit (progressiven) Federn,
> Schaumstoff oder besser mit Massenträgheit erreicht.
> Man muss dazu schliesslich nicht ein reales Klavier nachbilden, im
> Gegenteil, eine optimale elektronische Klaviatur /könnte/ Eigenschaften
> haben, die im traditionellen Klavier überghaupt nicht machbar sind.

Angenommen, die Muskelfrage wäre beantwortet... Wie sieht es
denn mit deinen elektronischen Kenntnissen aus?
Ich mein ja nur... Anschlagdynamische Tasten für digital
pianos gibt es ja...
Gruß
Matthias

Matthias Voss wrote:
> Peter Heckert wrote:
>
>> Ich frage mich nun, ob man dies besser mit (progressiven) Federn,
>> Schaumstoff oder besser mit Massenträgheit erreicht.
>> Man muss dazu schliesslich nicht ein reales Klavier nachbilden, im
>> Gegenteil, eine optimale elektronische Klaviatur /könnte/ Eigenschaften
>> haben, die im traditionellen Klavier überghaupt nicht machbar sind.
>
> Angenommen, die Muskelfrage wäre beantwortet... Wie sieht es denn mit
> deinen elektronischen Kenntnissen aus?
> Ich mein ja nur... Anschlagdynamische Tasten für digital pianos gibt es
> ja...

Eben. Die funktionieren mit 2 Kontakten. Aus dem Zeitabstand, mit dem
die Kontakte schalten, kann man die Geschwindigkeit der Taste ermitteln
und daraus die Lautstärke. Andere Verfahren wären denbar, allerdings
erfordern die eine Kalibration jeder einzelnen Taste und viel teurere
Hardware. Bei der o.g. Methode kommt man mit 2 Kontakten und 2 Dioden
pro Taste aus und benötigt ca. sqrt(2*88) = 14 bidirektionale IO Ports.

Die Frage ist nun die: Angenommen, man macht ein paar grausame
Laborexperimente. Sowas seid Ihr ja gewöhnt. Man präpariert einen Muskel
eines begabten Pianisten einseitig heraus und nagelt ihn so an die Taste
an, dass er die Taste nach unten ziehen kann.

Welche Art von Muskelanspannung wäre notwendig, damit der Pianist jede
beliebige Lautstärke möglichst vorhersagbar erzeugen kann:

A: Isotonisch. Falls ja, müsste man die Taste mit einer Feder vorspannen
also eine nichtprogressive Feder verwenden.
So ist es bei meinem halbgewichteten Keyboard gemacht, zusätzlich ist
aber noch ein kleines Gewicht eingeklebt. Das funktioniert jedoch nur
unbefriedigend in einem engeschränkten Dynamikbereich.

B: Isometrisch. Falls Ja, sollte die Taste eine möglichst grosse Masse
haben, damit man bei kurzen Tastenhub aus der Kraft eine Geschwindigkeit
erzeugen kann.
Alternativ könnte man ein Schaumgummikissen zusammendrücken, das bei
hoher Geschwindigkeit mehr Widerstand erzeugt.

C: Auxotonisch: Dann benötigt man ein Gemisch aus beiden Methoden.
Oder vielleicht befragt man doch besser den Pianisten, der dürfte eine
klarere Auskunft geben können, als die Spezialisten hier.


;-)

Peter