Proprioception – the physiological reality behind a “natural” technique

It is said that a concert pianist has fine motor-control skills with a degree of coordination which exceeds that of a brain surgeon during operations. To perform of piece of music which demands that each finger, each joint of that finger and each muscle in the hand, arm and body cooperates and contributes to the end result and that this end result is experienced as harmoniously, melodically and rhythmically complete is really somewhat of a physiological and neurological miracle.

Hånd på klaviatur

Perhaps the reason why most of us still don’t reflect on this when great art is presented to us is because one of the hallmarks of great art is that it is perceived as “effortless”. We sense the coordination, the seamless conversations within the body of the practitioner, how everything just seems to “flow”, yet a part of our mind is aware of the enormous amount of coordination happening and realises that there is no way we can consciously control all of these minuite operations.

varshesh-joshi-65553

Photo by Varshesh Joshi on Unsplash

It is like the joke about the centipede who one day suddenly started pondering which leg to move first and from then on were unable to move ever again. Our brain grasps that there must be some sort of overall awareness coordinating everything so that it just happens “naturally”.

“Naturally” is, however, a nice fluffy term for something which we instinctively recognise without really understanding what it is or how it works. Musicians are very often taught to be looking for a “natural technique” although much of this training  tends to focus more on how it is supposed to feel, us supposed to what needs to happen for it to feel like this; to get to the place where everything “clicks”, where the audience as well as we ourselves experience what is happening as “effortless”.

But what is the physiological reality behind the term “natural technique”?

Proprioception – Our unknown sense

Most of us are unaware of how many of our seemingly ordinary daily activities which really are similar miracles, both neurologically and physiologically. Our very ability to move at all is based on a complex cooperation between our brain, our nervous system and our muscles; a cooperation which enables us to do anything from tying our shoelaces to playing a piano concert, and of which most of us are totally oblivious to.

There are, however, some situations in which most people become aware of the degree of magic happening inside their body and it is usually, ironically, when things start to not work as they should.

Proprioception is the name of the sense which makes our brain aware of where each part of our body is located in space at any given time. This enables our brain to send coordinated signals in the form of motor programs to different parts of our body which then enables us to perform everyday movements. Some of these motor programs start to form from the moment we are born, such as when we learn how to crawl, turn over or walk.

hamza-el-falah-367656

Photo by Hamza El-Falah on Unsplash

These programs are so embedded in us that we don’t pay them any attention, which is, from the brain’s perspective, the whole idea: if we needed to consciously be aware of every detail of a motor program we would spend far too much energy on performing it. Therefore it is almost impossible for us to recognize the amount of coordination happening behind the smallest of our activities.

The best way to understand how our proprioception actually functions is perhaps to show what life is like for someone who has to live without it.

The man who lost his body

ian-waterman

19-year-old Ian Waterman at first thought he had caught merely a common cold or virus infection. The sturdy young man was working as an apprentice in a butcher shop and was used to hard labour and physically demanding work. He had previously gotten a small cut in his finger and most likely the cut had developed into an infection. What started out as a common cold would prove to be something much worse. As the doctors in vain tried to understand what was happening Ian gradually lost control over his limbs and ended up lying in bed without conscious control over any part of his body from his neck down.

What confused his doctors and neurologists was that the condition didn’t read like a normal paralysis: Ian wasn’t paralysed, his muscles still worked and his brain was receiving signals from his body conveying sensations such as pain and differences in temperature. But the brain seemed to have lost the notion of where the different parts that it was supposed to move were located. The medical sentence was harsh: a life in a wheelchair.

Nerve issues

Ian’s condition is an efficient reminder of how complex and specialized our nervous system is. We often think of a nerve in the same way that we think of some sort of electric cable conveying a signal between body and brain. The reality is much more complex.

kabler

If you cut through a nerve and look at the cross-section you will see that the nerve includes several smaller parts, nerve fascicle’s. Inside of these fascicle’s we find individual nerve fibres.

A nerve fibre can be either a sensory fibre or motor fibre. The motor fibres sends signals to our muscle fibres telling them to contract. The sensory fibres starts either in the skin or in the muscle and come in different sizes. The largest ones convey information concerning touch, muscle sensitivity or sense of movement, while the smallest ones convey information concerning muscle fatigue, temperature and certain forms of pain.

In Ian’s case the motor fibres were intact but the large sensory fibres (and with them also the access to very specific functions of the nervous system) were damaged, probably as a result of the infection. These nerve fibres were responsible for receiving all of the sensory information that had to do with the positioning of Ian’s joints and the activity in his muscles. They were also responsible for conveying all of this information onward to his brain.

The condition, which can occur in different degrees, were eventually given the name sensory neuropathy, damaged sensory nerves.

A body completely governed by willpower

Ian had one advantage in his extreme situation: he was still young when he became ill. After the initial shock and despair at the prospect of a life in a wheelchair the young Englishman decided that he would not settle for the doctor’s prognosis. Even though the original neurological connection between brain and body were severed, might it not be possible to build another one? Since the nerves which should have provided Ian’s brain with the information necessary to move his body were destroyed it was necessary to create a new connection between brain and body. The answer, at least half of it, lay in visualisation.Brain

Ian discovered, after a painful period of hard mental work, that if he had a very concrete picture in his mind of which movement to perform and then used his eyes as control and feedback channel to tell his brain where the parts it were supposed to move were located, he was able, after years of gruelling discipline and training, to slowly re-gain control over his body.

What Ian was actually doing is something that all of us has experienced partly each time we learn and train a new motor program. When we learn to move as children we first go through an initial phase of large, unrefined movements which then gradually become more and more refined and coordinated and then eventually transformed into automatic patterns -motor programs. In this way we don’t have to think of every little detail involved in the movement and can have our mind elsewhere while bicycling, walking, skiing or performing any other movement pattern.

andre-hunter-297773

Photo by Andre Hunter on Unsplash

But the fact that we are not aware of the coordination happening when buttoning a button doesn’t mean that our body isn’t executing it. One of the prerequisites for such motor programs to work is that your brain knows where the parts which are supposed to contribute in the coordination are located. It needs to have a point of reference from which to work. Without this knowledge the brain is in the dark so do speak: it’s not easy to move something when you can’t locate it.

In Ian’s case it was as if every motor program that he had ever learned were suddenly cancelled out; and every coordination from that moment on until his death had to be done 100% consciously.

Do you have a personal problem with gravity?

The automatic motor programs which most of us uses every day are also based on a subconscious understanding of certain physical laws, such as gravity and how it affects our bodies. We all make use of this subconscious understanding every day, for instance each time we are lifting something up. A short example: the size of your base, if you’re standing broad legged or with your feet together, decides whether you’re going to tip over or not when extending something heavy out from your body.

Here is a visual example of what happens if you don’t take this fact into account.

kran som tipper

Ian´s body, who is bereft of his automatic motor programs, and therefore also from this subconscious knowledge, needs to be constantly aware of these physical laws: each time he is picking something up he needs to calculate how much the weight of the object will affect the balance in the rest of his body and then consciously adjust the angle of his arms and legs and the degree of tension in the muscles of his arms and legs based on this knowledge. Picking up a mango or lifting a chair demands different degrees of tension.

Most of us are rarely aware of the physical laws surrounding and affecting us each day. It is no accident that “biomechanics” is still a relatively unfamiliar term for most people. The knowledge of how biological material (what your body is made of) is affected by physical laws (gravity for instance) is not something we go around and ponder. Yet we all live under these laws, we just happen to be so lucky as not to need to relate to them except on those occasions where our proprioception is a tad weaker than usual, for instance when we have been drinking or early in the morning when we have just got out of bed and seem to constantly bump into our doorframes.

michael-discenza-199756

Photo by Michael Discenza on Unsplash

For someone like Ian who is cut off from his proprioception the relationship with gravity becomes very close indeed. For one thing his ability to move is completely dependent on his eyes and his visual faculties: as long as he can use his eyes to give his brain feedback on where his body is located Ian is able to control his body in a way that (for now) is unique in all of the world. However, if this feedback channel disappears, for instance if the light is switched off in the room, he immediately loses every control of his body and collapses like a rag doll, – the result of the brain’s lack of ability to adjust the body according to gravity.

Brain in search of body

cengizhan-konus-92187

Photo by Cengizhan Konuş on Unsplash

When we see small babies moving slowly and seemingly uncoordinated we are actually witnessing a meticulous training of coordination and motor patterns which will later on become the foundation for every movement during a long life. Although we might find such intense concentration when reaching for a toy as “cute” what is actually happening should rather trigger our admiration: brain scans of Ian’s brain when he is performing his conscious coordinated movements shows activity in parts of the brain that are usually used only in activities demanding the most sophisticated form of intense concentration, activities such as juggling with multiple balls.

It goes without saying that this activity demands much more energy than movements which have been transformed into automatic motor programs.

There is also another price Ian is constantly paying which those of us with an active proprioception don’t need to worry about. Our brain is dependent on its contact with the body. When this contact is missing or decreased the brain instinctively senses this as a threat. A consequence of Ian’s condition is therefore that his nervous system is in a constant state of tension, where the feedback that his eyes provide is the only thing staving off the panic.

Trapper

Just think about the sensation of missing a step when walking down the stair or stepping off a ledge that you didn’t expect was there, and where your body suddenly flops down. The sudden jolt we experience when the expected contact with the ground disappears for a second is actually your brain shouting for feedback from the body, – feedback which didn’t come as expected and which, in Ian’s case, will never come. Imaging having that shouting as a continuous companion in your life..

Embodied living

Ian’s example shows us how much of our life and our activities which are based on movement patterns. Most of us take these patterns for granted and are even mostly unaware of them happening at all. Only in situations when we are witnessing these patterns at their utmost, might it suddenly dawn on us the immense complexity and possibilities stored in our incredible bodies. For instance in a concert, when a performer makes something incredibly complex appear as effortless.

larisa-birta-102093

Neurologically speaking, for something to be without effort does not mean that there is no effort involved but rather that we are witnessing something functioning at its utmost. And maybe that is exactly what holds our fascination: we are reminded of the endless possibilities and miracles residing inside these amazing structures which we choose to call our “bodies”.

Hopefully this experience might eventually make us treat our bodies with the attention and reverence they deserve, both during living and during playing, but more on that in a later blog.

If you want to know more check out the BBC Horizon documentary “The Man Who Lost His Body” which tells the whole story of Ian Waterman.

 

 

Hemmeligheten bak en “naturlig teknikk” – Historien om mannen som mistet kroppen sin

It takes a lot of effort to make something look effortless – Ben Mitchell

The best art always seem effortless – Steven Sondheim

Det sies at konsertpianister benytter en finmotorikk med en koordineringsgrad som ligger over den en hjernekirurg benytter ved operasjoner. Det å formidle et musikkstykke som krever at hver finger, hvert ledd i den fingeren og hver muskel i hånd, arm og kropp samarbeider og bidrar til at det samlede resultatet fremstår som en helhet harmonisk, melodisk og rytmisk er egentlig et aldri så lite fysiologisk og nevrologisk mirakel.

Hånd på klaviatur

Kanskje grunnen til at det likevel ikke oppfattes slik er at når kunst på et høyt nivå fremføres er gjerne et av kjennetegnene at det virker ”uanstrengt”. Og kan hende er det grunnen til at så mange musikere og kunstnere innen fag som krever en nitid kroppskontroll er på leting etter en “naturlig teknikk”? Men hva ligger egentlig bak begrepet “naturlig teknikk”?

Sansen vi ikke vet vi har

Det ikke så mange tenker over er hvor mange av våre tilsynelatende dagligdagse handlinger som er liknende mirakler, nevrologisk og fysiologisk sett.

Skjelett – Kopi

Grunnlaget for at vi i det hele tatt er i stand til å bevege oss er samarbeidet som eksisterer mellom hjernen vår, nervesystemet vårt og musklene våre, et samarbeid som kan gjøre oss i stand til alt fra å knytte skolissene til å spille en pianokonsert.Brain

Ikke alle har behov for å spille en pianokonsert eller utføre en hjerteoperasjon, men uavhengig av bruksbehovet vårt så vil de fleste av oss gå gjennom livet mer eller mindre uvitende om de tusenvis av detaljerte mirakuløse prosesser som gjør oss i stand til å utføre de fleste dagligdagse gjøremål. Og en ting gjelder oss alle: det er først når ting ikke lenger fungerer som de skal at vi begynner å ane hvor omfattende dette usynlige samarbeidet mellom hjerne, muskler og nerver virkelig er.

Propriosepsjon er navnet på den sansen som gjør hjernen vår i stand til å vite hvor hver del av kroppen vår til enhver tid befinner seg og som dermed gjør det mulig for hjernen å sende koordinerte signaler i form av motor programmer til kroppen vår – en evne vi tar så for gitt at det omtrent er umulig for oss å forstå hva denne sansen egentlig består i. Så den beste måten å gi et godt bilde av denne sansen på er kanskje å vise hvordan livet til en som må leve uten den arter seg.

Mannen som mistet kroppen sin

ian-watermanDa 19 år gamle Ian Waterman først ble dårlig trodde han det bare dreide seg om en vanlig forkjølelse eller virusinfeksjon. Den kraftige unggutten jobbet som lærling hos en slakter og var vant til å kjøre seg hardt i en utfordrende og fysisk krevende jobb. Han hadde tidligere fått et lite kutt i den ene fingeren og kuttet utviklet seg sannsynligvis til en infeksjon. Det som startet som en vanlig forkjølelse skulle vise seg å være noe mye verre. Mens legene forgjeves forsøkte å forstå hva som foregikk mistet Ian gradvis kontrollen over lemmene  sine og endte opp liggende i en seng uten å kunne styre noen del av kroppen sin fra halsen og ned.

Det som forvirret leger og nevrologer var at tilstanden ikke artet seg som noen alminnelig lammelse: Ian var ikke paralysert, musklene og leddene fungerte fortsatt men hjernens tilgang til dem var blokkert: Ian kunne ikke lenger styre dem til å gjøre det han ville fordi hjernen ikke visste hvor delene befant seg.  Samtidig mottok hjernen hans fortsatt visse signaler fra kroppen, bl.a var han i stand til å føle smerte og temperaturforskjeller.

Dommen fra nevrologene var brutal: resten av livet i en rullestol.

Nerver til besvær

Ians tilstand er en effektiv påminnelse om hvor komplekst og spesialisert nervesystemet vårt er. Vi tenker gjerne på en nerve som en slags kabel som formidler signaler mellom kropp og hjerne. Men virkeligheten er litt mer sammensatt.kabler

Hvis du skjærer gjennom en nerve og tar en titt på tverrsnittet så vil du se at denne nerven inneholder flere mindre deler, nervefasicler,  og inne i hver av disse igjen finner vi individuelle nervefibre.

En nervefiber kan være sensorisk eller motorisk. De motoriske fibrene sender signaler til muskelfibrene om at de skal trekke seg sammen.  De Sensoriske fibrene starter enten i huden eller i muskelen og har forskjellig størrelse: de største formidler informasjon om berøring, muskelfølelse og bevegelsesfølelse mens de minste formidler informasjon om muskeltretthet, temperatur og visse former for smerte.

Hos Ian var de motoriske fibrene inntakt men de store sensoriske fibrene (og dermed også tilgangen til helt spesifikke deler av nervesystemets funksjoner) var skadet, nervefibre som var ansvarlige for å ta inn alle de sensoriske nerveimpulsene som fortalte om leddstillinger og muskelaktivitet og for å mate denne informasjonen videre til hjernen.

Tilstanden, som kan forekomme i ulike grader, fikk etter hvert navnet Sensory Neuropathy: Skadede sensoriske nerver.

En totalt viljestyrt kropp

Ian hadde et avgjørende fortrinn i all uflaksen: han var fortsatt ung da han ble syk. Etter det første sjokket og fortvilelsen over rullestol-dommen fant den unge engelskmannen ut at han ikke ville slå seg til ro med legenes prognoser. Siden de nervene som skulle ha sørget for at hjernen fikk informasjon nødvendig for å bevege kroppen var ødelagte var det nødvendig å skape en ny forbindelse mellom hjerne og kropp. Løsningen, i alle fall halvparten av den,  lå i visualisering.

Ian fant ut at hvis han hadde et helt konkret bilde i hodet sitt av hvilken bevegelse han skulle utføre og deretter benyttet øynene sine som kontroll og feedbackkanal for å fortelle hjernen hvor de delene han skulle bevege befant seg var han i stand til, etter beinhard, årelang opptrening og disiplin, å langsomt og omstendelig kunne styre kroppen sin igjen.Veivalg

Når vi lærer å bevege oss som barn er dette først gjennom grove, store bevegelser som deretter gradvis blir mer og mer fin-koordinert og satt sammen i automatiske mønstre – motor programmer. Dette gjør at vi etter hvert slipper å tenke over alle de små detaljer ved bevegelsen og vi kan frigjøre energi til å tenke på noen annet mens vi sykler, går eller utfører andre koordinerte bevegelsesmønstre. Men det at vi ikke lenger bevisst tenker over hvilken koordinasjonen som må til for å kneppe en knapp betyr ikke at kroppen vår ikke utfører den og en av forutsetningene for slike motor programmer er at hjernen vet hvor delene som skal delta i koordinasjonen befinner seg – at den har et utgangspunkt å jobbe fra.

Uten denne kunnskapen vil hjernen famle i mørke så og si. Ian som etter sykdommen levde i en kropp hvor hjernen ikke lenger kunne benytte noen av de tidligere automatiske bevegelsesmønstrene var nå på et vis tvunget til å gjøre alt ut i fra et nullpunkt: alle koordinasjoner måtte nå gjøres 100% bevisst.

Har du eit personleg problem med tyngdekrafta?”∗

De automatiske motor programmene som vi benytter hver dag er også basert på en innebygget underbevisst forståelse for fysiske lover og hvordan de påvirker kroppen vår.  Denne forståelsen benytter vi oss av daglig, feks hver gang vi skal løfte noe. Et enkelt eksempel: Størrelsen på basen din, det vil si om du står bredbent eller med samlede føtter er avgjørende for om du vil vippe over ende eller ikke hvis du holder noe tungt ut fra kroppen. Her er et visuelt eksempel på hva som skjer om man ikke har denne kunnskapen: kran som tipper

Ian, som ikke lenger har tilgang til sine automatiske motor program må dermed hele tiden forholde seg bevisst til disse generelle lovene: hver gang han skal løfte noe må han beregne hvor mye vekten av gjenstanden vil påvirke balansen i resten av kroppen og deretter justere stillingen på armer og ben og spennings-graden i musklene i dem basert på dette.

Vi tenker sjelden over de fysiske lovene som omgir oss og påvirker oss hver dag. Det er ikke tilfeldig at biomekanikk fortsatt er et relativt ukjent begrep for de fleste. Kunnskapen om hvordan biologisk materiale (les: det som kroppen vår er bygget opp av) påvirkes av fysiske krefter (for eksempel tyngdekraften) er ganske enkelt ikke noe de fleste går rundt og tenker på. Likevel lever vi alle under disse lovene, vi er bare så heldige at vi sjelden trenger å forholde oss bevisst til dem, unntatt ved de anledningene hvor propriosepsjonen vår er en anelse mer svekket enn til vanlig, for eksempel ved beruselse.

For en som Ian som er absolutt avskåret fra denne sansen blir dét å forholde seg bevisst til tyngdekraften en meget bevisst handling. Bl.a blir ansvaret som hviler på øynene og synet altomfattende: så lenge han kan bruke synet til å gi hjernen tilbakemelding om hvor kroppen hans befinner seg er Ian i stand til å styre kroppen sin med en kontroll som han (foreløpig) er alene om i verden. Hvis denne feedbackkanalen forsvinner, for eksempel ved at lyset slås av, mister han øyeblikkelig kontroll over kroppen og faller sammen som en filledukke, et resultat av hjernens mangel på feedback fra kroppen og dermed dens evne til å justere kroppen i forhold til tyngdekraften.

Hjerne søker kropp

file6881288615765Når vi ser små babyer bevege seg langsomt, omstendelig og målbevisst er vi vitne til en omhyggelig opptrening av koordinasjon og motor mønstre som senere skal danne grunnlaget for alle bevegelsene som følger gjennom et langt liv. Det fokuset som barn i denne fasen har når de beveger seg er dypt konsentrert og vi kan fortrylles av hvor “søtt” denne konsentrasjonen rundt handlinger som å kneppe en knapp eller gripe rundt en gjenstand er. Men det som foregår i hjernen under en slik opptreninger er i virkeligheten noe som snarere burde påkalle vår beundring: Skanninger av hjernen til Ian når han utfører sine bevisst koordinerte bevegelser påviser en aktivitet i deler av hjernen som vanligvis kun brukes ved den mest sofistikerte form for intens konsentrasjon, områder som reserveres for handlinger som sjonglering.

I tillegg er det en annen pris som Ian hele tiden betaler men som vi med propriosepsjonen vår i behold slipper å forholde oss til: hjernen vår krever og er avhengig av kontakt med kroppen. Når denne kontakten ikke er der opplever hjernen det som en instinktiv trussel. Å ha denne tilstanden vil altså si at du hele tiden går rundt med et nervesystem mer eller mindre i helspenn og at du konstant er nødt til å gi hjernen visuell feedback for å holde panikken stagget.

Tenk selv hvordan du opplever det å bomme på et trappetrinn når du går ned en trapp. Det hugget som går gjennom oss i dét det forventede støtet fra underlaget ikke kommer er hjernen som roper etter feedback fra kroppen, en feedback som i denne anledningen ikke kom som forventet og som i Ians tilfelle aldri vil komme.

Trapper

Bevisst kroppsbruk og ” bevisst kroppsbruk”

De fleste handlinger som krever en spesielt sofistikert form for kroppskoordinasjon som musikkutøving, dans eller toppidrett fordrer at vi trener opp og bevisstgjør deler av kroppen gjennom øvelser og stadige bevisste repetisjoner. Gjennom dette arbeidet får vi en mer detaljert kontroll over kroppen vår. Vi kan si at denne kontrollen ligger latent i de fleste av oss som en mulighet, selvfølgelig også influert av ting som arv og miljø. Men uansett hvor detaljert og rigorøst vi tror vi styrer kroppen vår: vi kontrollerer bevisst likevel bare en brøkdel av alle de signalene som trengs for å utfør den handlingen vi gjør, konsert, dans eller offpist. Resten av signalene er bygget opp av de uhyre komplekse motor mønstrene som hjernen vår har designet over tid og som vi alle er avhengige av (Ian Waterman er et eksempel på nøyaktig hvor avhengige).

L1030139

En vidtflyvende tanke: vår innebygde fascinasjon for ytre mønstre speiles av at vi selv er fysiologisk og nevrologisk mønster-baserte skapninger.

( For flere tanker rundt fenomenet mønster ta en titt på denne artikkelen)

Det at vi tar disse mønstrene for gitt er kanskje det beste beviset på hvor utrolig sømløst og fininnstilt dette systemet er. Bare når vi er vitne til dette mønstret på sitt ypperste  som på en konsert, en ballett forestilling eller et sportsarrangement kan vi bli slått av dets kompleksitet og imponerende muligheter: når en utøver på toppnivå får noe som er så grunnleggende komplekst til å se ”uanstrengt” ut.

En tilsynelatende uanstrengt teknikk betyr altså ikke, nevrologisk sett, at noe er ”uten anstrengelse” men heller at noe er velfungerende, samkjørt, velkoordinert til det ytterste. Og det er dette som ligger til grunn for en såkalt  ”naturlig spilleteknikk”: ikke en kroppskontroll som kommer av seg selv uten innsats bare vi slapper nok av, men en sofistikert kompleks koordinasjon som gjennom sitt uanstrengte uttrykk viser oss hva vi bærer i oss av muligheter.

 

∗  En takk til Brynhild Winther for bruken av en av hennes tekster som en overskrift i denne bloggen. Anbefaler alle å ta en titt på kunsten hennes her!

Vil du vite mer sjekk ut BBC Horizon- dokumentaren “The man who lost his body” som forteller hele historien om Ian waterman. Her er et lite klipp: