Avainsana-arkisto: vaihtelu

Vaihtelun kipinä sytyttää oppimisen liekin

Julkaistu

Oppijan osaamisen ja tehtävän vaatimusten välinen ristiriita käynnistää oppimisen. Avainasemassa on suorituksesta saatava sensorinen informaatio. Jokainen liike tuottaa kinesteettisen aistimuksen, joka saadaan eri aistien välityksellä. Kun liikkuja suunnittelee etukäteen, miten hän suorittaa liikkeen, hän samalla lataa odotusarvon sille, minkälaista sensorista informaatiota hän saa liikkeestä. Oppija ennakoi miltä liikesuoritus tuntuu, näyttää, kuulostaa, maistuu ja tuoksuu. Aivojen lähettäessä toimintakäskyn lihaksille, samasta käskystä lähtee kopio pikkuaivoihin. Liikkeen jälkeen sensorisen informaation tullessa pikkuaivoihin tapahtuu vertailu liikkeen tarkoituksen ja toteutuksen välillä. Saksankieliset ilmaisut ”Soll-wert” (miten liikesuoritus oli tarkoitus tehdä) ja ”Ist-wert” (miten liikesuoritus tuli tehtyä) kuvaavat osuvasti tätä tavoitellun ja toteutuneen dialogia. Jos liikkeestä saatu informaatio on identtinen odotetun informaation kanssa, organismi ei ole kovin kiinnostunut oppimisesta. Oppiminen käynnistyy vain, kun suunnitellun ja toteutuneen välillä on eroja. Tämä tarkoittaa ennen kaikkea sitä, että liikkeen toistaminen samanlaisena kerta toisensa jälkeen ei ole hyvä oppimisstrategia. Suljetussa drilliharjoittelussa suorituksesta saatava sensorinen informaatio tulee jauhamisen myötä yhä vain ennustettavammaksi ja oppimisen liekki hiipuu.

Miten oppiminen käynnistyy? Kiinnostuksen käsite on oppimisen ytimessä. Hyvä kysymys on se, että voiko ”pakolla” oppia? Vastentahtoisessa oppimisessa kiinnostus saattaa löytyä epämiellyttävän asian (esimerkiksi rangaistus) välttämisestä, mutta yhtä kaikki, jollakin tavalla kiinnostusta tarvitaan aina. Kiinnostus voi viitata yksilön psykologiseen, hetkelliseen mielentilaan hänen toimiessaan jonkin asian tai sisällön parissa tai toisaalta yksilön pysyvämpään, henkilökohtaiseen mieltymykseen toimia jonkun asian parissa toistuvasti. Kiinnostuksen katsotaan kehittyvän neljän peräkkäisen vaiheen kautta:

  1. virinnyt tilannekohtainen kiinnostus
  2. säilynyt tilannekohtainen kiinnostus
  3. orastava yksilöllinen kiinnostus
  4. kehittynyt yksilöllinen kiinnostus.

Nämä vaiheet esiintyvät aina samassa järjestyksessä riippumatta oppijan iästä. Vaiheiden ylitse ei voi hypätä, mutta eri vaiheiden kesto voi tosin vaihdella runsaastikin. Kiinnostuksen kehityksen teorian mukaan kiinnostus viriää aina aluksi tilannekohtaisesti. Tarkkaavaisuus on kiinnittynyt esimerkiksi tehtävään tai valmentajan puheeseen. Kiinnostuksen voi herättää jokin opittavan asian kannalta triviaali seikka, kuten esimerkiksi yllättävä kuva tai huumori. Kiinnostus lopahtaa, mikäli tämä vaihe ei tue oppijan kiinnostuksen säilymistä. Ilman ympäristön tukea kiinnostus hiipuu tässä vaiheessa helposti. Jos oppimistilanne tarjoaa oppijalle mahdollisuuksia linkittää opittavaa sisältöä johonkin henkilökohtaisesti merkitykselliseksi koettuun, siirrytään säilyneen tilannekohtaisen kiinnostuksen vaiheeseen. Motivaatio omaehtoiseen toimintaan vahvistuu. Kolmas kiinnostuksen kehittymisen vaihe on orastava yksilöllinen kiinnostus, jolloin tietoinen tiedon ja taitojen hankkiminen sekä harjoittelu lisääntyvät. Neljäs vaihe on kehittynyt yksilöllinen kiinnostus, jolloin kiinnostuksen kohde muuttuu yhä enemmän osaksi oppijan jokapäiväistä elämää ja keskeisiä prioriteetteja. Kiinnostus kehittyy siis tilannekohtaisista, hetkellisistä kokemuksista kohtalaisen pysyväksi ja voimakkaaksi mieltymykseksi johonkin asiaan ja seurauksena on yksilön oma-aloitteinen ja toistuva toiminta (Tapola 2020).

Vaihtelu on yksi elementti, joka ylläpitää ja vahvistaa kiinnostusta. Frans Boschin mukaan online-periaatteella tapahtuva sopeutuminen liikkeen suorittamiseen on paljon tärkeämpää kuin alkuperäinen liikesuorituksen design. Samaa asiaa korostaa vähän eri sanoin Ericsson, joka peräänkuuluttaa määrätietoisen harjoittelun periaatteissa jatkuvaa haastetason nostoa. Olipa taustateoriana informaation prosessointi tai ekologinen dynamiikka, oppijan mielenkiinnon korkealla pitäminen on oppimisen keskiössä. Bernsteinin neroleimaus ”Repetitions without repetitions” kiteyttää tämän teeman hienosti. Taitoharjoittelu ei ole saman asian toistamista, vaan ongelman ratkaisuprosessin toistamista. Ja kun vaihtelun avulla ongelma aina vähän muuttuu, oppija adaptoituu siihen mukauttamalla suorituksensa tehtävän ja ympäristön vaatimusten mukaisesti.

Hyvä kysymys on, kuinka paljon vaihtelua pitää olla ja kuinka spesifiä harjoittelun pitää olla. Yksi kriteeri voidaan johtaa yritysten onnistumisten määrästä. Oppimisen kannalta noin 70–80 % yrityksistä tulisi olla onnistuneita. Oppimisen sweetpoint on eksperteillä korkeammalla vaikeustasolla kuin noviiseilla, vaikka tehtävien haasteellisuus suhteutetaan taitotasoon. Noviiseilla optimimäärä vaihtelua on pienempi ja vaihtelun määrä kasvaa käsi kädessä oppimisen kanssa.

Oppimisympäristö, tehtävä ja oppija ovat oppimistilanteessa dynaamisessa vuorovaikutussuhteessa toisiinsa. Harjoituksia suunnitellessa kannattaa huomioida edellä mainittu onnistumisprosentti ja huolehtia siitä, että jos ympäristöstä on paljon vaihtelua, niin tehtävän tulee olla stabiilimpi ja päinvastoin. Myös aidon tilanteen (esimerkiksi kilpailutilanne) luontainen vaihtelu asettaa raamit harjoitusten vaihtelulle. Toisaalta harjoitusten tulee olla spesifejä ja toisaalta niiden tulee ylittää urheilijan kapasiteetti (overload). Bosch kuvailee asiaa kauniisti seuraavasti: ”Urheiluharjoittelu on herkkää tanssia spesifisyyden (laji) ja ylikuormittamisen (oheisharjoittelu) välillä. Molempia näistä toisilleen vastakkaisista elementeistä tarvitaan. Spesifisyys muodostaa informaation prosessoinnin matriisin ja ylikuorman kipinä puolestaan sytyttää adaptaation. Mitä spesifimpää harjoittelu on, sitä vaikeampaa on aikaansaada ylikuormitusta ja toisaalta mitä kauemmaksi oheisharjoite viedään lajista, sitä vähäisempää on spesifisyys. On tärkeää varmistaa, että myös hyvin spesifien lajiharjoitteiden tulee sisältää ylikuorman elementtejä ja toisaalta oheisharjoitteissakin tulee aina olla jotakin spesifiä.” (Frans Bosch 2020).

Tämän tekstin syntymistä ovat innoittaneet seuraavat lähdeteokset:

Birklbauer, J. (2006). Modelle der Motorik. Meyer & Meyer verlag.
Bosch, F. (2020). Anatomy of Agility. 20/10 publishers.
Button, C., Seifert, L., Chow, J., Araujo, D. & Davids, K. (2021). Dynamics of Skill Acquisition. Human Kinetics.
Ericsson,A. & Pool, R. (2017). Peak. How all of us can achieve extraordinary things. Vintage.
Järvinen,J. & Kaipio,E. (2021). Syöttämisen opettaminen liikunnassa nonlineaarisen pedagogiikan avulla. Kasvatustieteen pro-gradu -tutkielma. Turun yliopisto.
Pulkka, A-T. (2020). Mitä on oppiminen? Teoksessa Pulkka, A-T. (toim.) Sotilaspedagogiikkaa kouluttajille 2020. Maanpuolustuskorkeakoulu.
Rauste von Wright, M., Von Wright. J. & Soini, T. (2003). Oppiminen ja koulutus. WSOY.
Schmidt, R. & Lee, T. (2014). Motor learning and performance. Human Kinetics.
Tapola, A. Kiinnostus oppimisessa ja opettamisessa (2020). Teoksessa Pulkka, A-T. (toim.) Sotilaspedagogiikkaa kouluttajille 2020. Maanpuolustuskorkeakoulu.

Tyhmä lihas tekee vain mitä aivot käskevät

Julkaistu

Vaihtelu lisää harjoittelun vaikuttavuutta

Jyväskylän yliopiston biomekaniikan professori Janne Avela esiintyi Kuortaneen voimavalmennusseminaarissa marraskuun puolivälissä. Erinomaisen luennon otsikkona oli ”Hermolihasjärjestelmän mukautuminen voimaharjoittelun vaihteluun.” Hermosto määrää mikä lihas supistuu, kuinka nopeasti ja kuinka voimakkaasti. Lihaksen roolina on vain toteuttaa aivojen ja hermoston sille antamia käskyjä, lihakset eivät itse tee päätöksiä. Eräs ydinkysymys on se, kuinka hyvin lihasta pystytään käskyttämään. Saadaanko lihaksesta irti 100% tehot ja supistuvatko oikeat lihakset oikeaan aikaan ja oikealla voimalla?

Avelan mukaan neuraalista vajetta voivat aiheuttaa ikääntyminen, väsymys, harjoittelun aiheuttama lihaksen mikrovaurio, sairaudet ja lihaksen käyttämättömyys. Hermostollista adaptoitumista harjoitteluun tapahtuu motoristen yksiköiden (motorinen hermo ja kaikki sen hermottamat lihassolut) syttymistaajuuden lisääntymisen, motoristen yksiköiden syttymistaajuuden synkronisoitumisen ja kaksoissyttymisen muodossa. Miten sitten kannattaa harjoitella, että harjoittelun vaikuttavuus on suurinta? Avainsana on vaihtelu. Kun harjoittelu sisältää vaihtelua, hermo-lihasjärjestelmän adaptoituminen on tehokasta.

Kaikissa liikesuorituksissa on aina vaihtelua. Signaalin kulussa sekä motorisissa että sensorisissa hermoissa on aina ”kohinaa”. Tämän seurauksena kahta täysin identtistä suoritusta ei ole. Vaihtelu liittyy myös oppijan taitotasoon U-käyrän muotoisesti siten, että aloittelijalla vaihtelusuorituksessa on suurta. Oppimisen edetessä suoritukset ovat lähempänä toisiaan, kunnes taas huipputasolla vaihtelu lisääntyy. Ilmiön havaitsi Nikolai Bernstein 1900-luvun alkupuolella seppiä tutkiessaan.

Lähde: автор лого неизвестен, скан – собственная работаавтор фото неизвестен, скан – собственная работа, Public domain, via Wikimedia Commons

Mitä taitavampi seppä oli asialla, sitä enemmän hänellä oli lyönneissään vaihtelua. Bernstein selitti ilmiötä adaptaatiolla. Sepän työkalu kimpoaa lyönnin jälkeen alustasta joka kerta aina hieman eri tavoin; välillä korkeammalle, välillä matalammalle, välillä sivulle jne.  Taitava takoja adaptoituu näihin työkalun kimpoamisen kohinoihin sopeuttamalla seuraavan lyöntinsä liikeradan sellaiseksi, että se hyödyntää työkalun käyttäytymisen ja takaa seuraavan lyönnin tarkkuuden. Eli taitavuudessa ei olekaan kyse kyvystä toistaa liikesuoritus samanlaisena, vaan kyvystä sopeuttaa liiketekniikka tehtävän ja ympäristön tilannekohtaisiin vaatimuksiin. Liikevariaatiollakin on oma optimimääränsä. Oikea määrä variaatiota tuo liikesuoritukseen joustavuutta ja kykyä sopeutua ympäristön muutoksiin ja/tai häiriöihin. Liian vähäinen variaatio johtaa loukkaantumisiin ja liian suuri variaatio heikentyneeseen suorituskykyyn.

Aivojen muokkaantuvuus eli plastisuus on taitojen oppimisen kannalta keskeinen ilmiö. Se on aivojen kykyä muuttua ajassa ja iässä, joko parempaan tai huonompaan suuntaan. Itse asiassa aivojen plastisuus on ehdoton edellytys kaikelle oppimiselle ja muistille. Jos harjoittelu ei aikaansaa minkäänlaisia muutoksia, mitään oppimista ei tapahdu. Vaihtelua sisältävällä harjoittelulla kehitetään hermolihas-järjestelmän adaptiivisuutta, mikä ilmenee hermoston nopeana reagointi- ja vastaanottokykynä. Aivoissa ja keskushermostossa tapahtuvat plastiset muutokset ovat sekä nopeasti tapahtuvia että enemmän aikaa vaativia. Nopeat plastiset muutokset liittyvät solujen välisten synapsien toimintaan. Jo ensimmäisten sekuntien aikana harjoittelun alusta tapahtuu muutoksia, joiden seurauksena hermoimpulssien toiminta tehostuu. Yksi tällainen muutos on esimerkiksi hiljaisten synapsien aktivoituminen. Näiden nopeiden toiminnallisten muutosten ohella tapahtuu rakenteellisia muutoksia, mikäli harjoittelua tehdään riittävästi. Morfologisia, rakenteellisia muutoksia ovat muun muassa uusien hermosoluyhteyksien syntyminen (synaptogeneesi) sekä uusien hermosolujen syntyminen (neurogeneesi). Eri tyyppisillä harjoittelutavoilla on erilaiset vaikutukset aivoihin. Kestävyysharjoittelu muun muassa lisää verisuonitusta (angiogeneesi), solujen määrää ja kasvutekijöitä sekä hippokampusalueella että motorisella aivokuorella. Näillä on yhteyttä kognitioon, muistiin ja oppimiseen. Taitoharjoittelu puolestaan kasvattaa synapsien määrää, muuttaa liikeaivokuoren vastaavuusalueita ja lisää kasvutekijöitä. Tämä on merkityksellistä taitojen oppimisen kannalta.

Parhaat harjoitusvasteet saadaan, kun harjoituksiin lisätään vaihtelevuutta. Taitoelementtien myötä keskushermoston plastisuuskapasiteetti kasvaa ja keskushermosto pysyy sopeutuvana, adaptiivisena. Näin taataan urheilijalle/liikkujalle työkalut toimia erilaisissa tilanteissa.

Vaihtelun sisällyttäminen harjoitteluun ei ole rakettitiedettä

Vaikka harjoittelussa tuleekin olla vaihtelua, se ei kuitenkaan saa olla sillisalaattia. Jo varsin pienillä modifikaatioilla voidaan tehostaa harjoittelun vaikuttavuutta. Esimerkiksi voimaharjoitteluun voidaan hyvin helposti sisällyttää taitoelementtejä. Lähes liike kuin liike on mahdollista tehdä silmät kiinni. Kun näköaistin tarjoama informaatio poistetaan, lihasten toiminnan ”kuuntelu” nousee aivan uudelle tasolle.

Eräs tapa saada vaihtelua harjoitteluun on tehdä liike ulkoisesti annettuun tahtiin, esimerkiksi metronomin avulla. Leung et al tutkimuksessa (Motor cortex excitability is not differentially modulated following skill and strength training. Neuroscience Volume 305, 1 October 2015, Pages 99-108) toiset koehenkilöt suorittivat hauiskääntöä omaan tahtiinsa ja toinen koehenkilöt puolestaan metronomin tahtiin. Tutkijat havaitsivat, että metronomin tahdissa väännetyt hauiskäännöt lisäsivät kortikospinaalista ärsytettävyyttä. Tosin sanoen hermotus alkoi pelittämään paremmin, kun suoritusta ohjasi ulkoinen ääniärsyke.

Oikeastaan kaikki ärsykevariaatio voidaan aikaansaada manipuloimalla tilaa, aikaa tai voimaa tai näiden yhdistelmiä.

Huippuvoimistelijan aivot ovat erilaiset

Makuo Fukuo tutkimusryhmineen julkaisi kiinnostavan artikkelin huippuvoimistelijoiden aivoista (Regional brain gray matter volume in world-class artistic gymnasts. The Journal of Physiological Sciences 2020 70:43.) Tämä tutkimus oli harvinaista herkkua, sillä koehenkilöinä oli kymmenen telinevoimistelun MM-mitalistia. Huippuvoimistelijoiden aivojen harmaan aineen määriä eri aivo-osissa verrattiin ei-voimistelutaustaisiin verrokkeihin. Tulokset olivat äärimmäisen mielenkiintoisia; tutkijoiden mukaan poikkeuksellisen huikea voimistelullinen suorituskyky on seurausta aivojen plastisuudesta alueilla, jotka ovat yhteydessä avaruudelliseen hahmottamiseen, näkemiseen, työmuistiin ja motoriseen kontrolliin. Hieman oikaisten voisi ajatella, että voimistelu ei olekaan niin paljon motorisen ohjelmoinnin laji, kuin mitä perinteisesti sen on ajateltu olevan, vaan laji jossa voimistelija on jatkuvasti vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa. Tutkijat luonnehtivat telinevoimistelun luonnetta mm. seuraavasti: ”Voimistelijat tekevät nopeita päätöksiä kehon asennoistaan nähdessään telineen, esimerkiksi rekkitangon. Heidän kyvykkyytensä prosessoida informaatiota jo ennen liikkeiden suorittamista saattaa olla avaintekijä heidän voimistelussaan.” Tutkijoiden mukaan kyse ei ole siitä, että huipulle päässeillä olisi ollut perimän kautta erilaiset aivot, vaan että muutokset ovat seurausta harjoittelusta.

Valmentajavelho Antti Palkola puhuu voimistelijan kyvystä keskustella telineen kanssa. Tällä ilmaisulla Palkola viittaa voimistelijan taitoon muun muassa hyödyntää telineen mekaanisia ominaisuuksia. Esimerkiksi ennen alastuloa rekkivoimistelija lataa kiihdytysjättiläisellä tankoon energiaa siten, että terästanko taipuu mutkalle. Ja kun tanko palautuu laukeavan jousen lailla takaisin lähtömuotoonsa, voimistelijan oikea-aikainen irrotus alastuloon saa lisää korkeutta ja pituutta. Voimistelija vaikuttaa telineeseen ja teline vaikuttaa voimistelijaan ja yhdessä ne tai he suorittavat liikkeen. Ekologista dynamiikkaa puhtaimmillaan.

Taitotohtori