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Behavior

Utilizzando un tapis roulant Split-cintura per valutare la generalizzazione dell'adattamento dell'apparato locomotore umano

Published: August 23, 2017 doi: 10.3791/55424
Automatic Translation
1,2, 1,2, 2
1Physical Therapy, School of Health Technology and Management, Stony Brook University, 2Motor Learning Lab, Moss Rehabilitation Research Institute, Einstein Healthcare Network

Summary

Descriviamo un protocollo per lo studio di adattamento dell'apparato locomotore umano utilizzando il tapis roulant di Spalato-cintura, che ha due cinghie che possono guidare ogni gamba ad una velocità diversa. In particolare ci concentriamo su un paradigma progettato per testare la generalizzazione dei modelli di locomotore adattati a diversi contesti a piedi (ad es., velocità di andatura, pochi ambienti).

Abstract

La comprensione dei meccanismi sottostante apprendimento motorio aiuta i ricercatori e i clinici ottimizzare andatura riqualificazione nell'ambito della riabilitazione motoria. Tuttavia, lo studio di apprendimento motorio umano può essere impegnativo. Durante l'infanzia e la fanciullezza, il sistema neuromuscolare è piuttosto immaturo, ed è improbabile che apprendimento motorio durante le prime fasi di sviluppo è governata dagli stessi meccanismi come in età adulta. Da tempo gli esseri umani raggiungono la maturità, essi sono così abili a camminare che è difficile a venire con un'attività sufficientemente romanzo allo Studio de novo di apprendimento motorio. Il tapis roulant di Spalato-cintura, che ha due cinghie che possono guidare ogni gamba ad una velocità diversa, permette lo studio di entrambi breve-(cioè, immediati) e a lungo termine (cioè, nei minuti-giorni; una forma di apprendimento motorio) andatura modifiche in risposta a una romanzo cambiamento nell'ambiente a piedi. Gli individui possono facilmente essere schermati per l'esposizione precedente a tapis roulant Spalato-cintura, assicurando così che tutti i partecipanti sperimentali non (o equivalente) esperienza pregressa. Questo articolo descrive un protocollo di adattamento tipica Spalato-cintura tapis roulant che incorpora i metodi di prova per quantificare l'apprendimento motorio e generalizzazione di questo apprendimento ad altri contesti a piedi. Una discussione di importanti considerazioni per la progettazione di tapis roulant Spalato-cintura esperimenti segue, tra cui fattori come la velocità del nastro tapis roulant, pause di riposo e distrattori. Inoltre, potenziali ma understudied variabili di confusione (ad es., movimenti del braccio, precedente esperienza) sono considerate nella discussione.

Introduction

Un tapis roulant di Spalato-cinghia ha due cinghie che possono guidare ogni gamba ad una velocità diversa o in una direzione diversa. Questo dispositivo fu usato più di 45 anni fa come uno strumento per lo studio di coordinamento tra le gambe (cioè, coordinamento interlimb) durante la deambulazione1. Questo e altri studi iniziali utilizzata principalmente gatti come un modello sperimentale1,2,3, ma gli insetti sono stati anche studiati4. Le prime indagini di locomozione di Spalato-cintura nei neonati e negli adulti sono state pubblicate nel 1987 e 1994, rispettivamente5,6. Questi studi iniziali in animali umani e non umani studiato per lo più a breve termine (cioè, immediati) regolazioni in coordinamento interlimb per preservare la stabilità e la progressione in avanti quando le gambe sono spinti a velocità diverse. Uno studio del 1995 notato che lunghi periodi (alcuni minuti) di Spalato-cintura camminare alterato la capacità dei soggetti adulti con precisione percepire la velocità del nastro di tapis roulant e apportare modifiche di equalizzare velocità su ogni lato. Ciò suggerisce che il mapping sensorimotorio di camminare era stato ricalibrato7. Tuttavia, è non stato fino a che il primo rapporto cinematico di adattamento motore umano dettagliato oltre 10 minuti di camminata della pedana mobile di Spalato-cintura il 2005 è stato pubblicato8.

Adattamento del motore si intende un processo basato su errore, durante il quale vengono regolati sensorimotorio mapping dei movimenti ben istruiti in risposta a un nuovo, prevedibile domanda9. È una forma di apprendimento motorio che avviene dopo un periodo di pratica estesa (minuti a ore) e risultati in postumi, che sono i cambiamenti nel modello movimento quando la domanda viene rimosso e/o condizioni di tornare alla normalità. Ad esempio, camminando su Spalato-cinture inizialmente induce la gente a camminare con coordinamento interlimb asimmetrica, simile ad un limp. Nel corso di alcuni minuti di Spalato-cintura a piedi, persone adattare loro coordinamento a piedi in modo che loro andatura diventa più simmetrica. Quando le due cinghie successivamente tornare alla stessa velocità (cioè legato-cinture), ristabilendo normali condizioni a piedi, persone dimostrano postumi camminando con coordinamento asimmetrica. Questi postumi devono essere attivamente de-adattati o ignoranti per diversi minuti di nastro legato a piedi prima normale coordinamento a piedi è restaurato8.

Dopo il 2005 Reisman et al. 8 analisi cinematica della cintura di Spalato a piedi negli esseri umani, l'uso del tapis roulant Spalato-cintura in ricerca pubblicata è aumentato approssimativamente dieci volte rispetto al decennio precedente. Perché è il tapis roulant Spalato-cintura diventando sempre più popolare come uno strumento sperimentale? Split-cintura della deambulazione è chiaramente un'attività di laboratorio – l'analogico reali più vicino è tornitura o a piedi in un cerchio stretto, ma il tapis roulant Spalato-cintura induce una versione molto più estrema della tornitura, con una gamba sola essendo guidata due - a quattro volte più velocemente rispetto agli altri. Il fatto che il tapis roulant di Spalato-cintura è che un'attività altamente insolita a piedi offre diversi vantaggi per lo studio di apprendimento motorio. In primo luogo, è romanzo per la maggior parte delle persone indipendentemente dall'età e indipendente di camminare esperienza; è facile ai partecipanti sperimentale di schermo per novità di Spalato-cintura a piedi. In secondo luogo, il tapis roulant Spalato-cintura induce i cambiamenti consistenti in coordinamento interlimb che non sono risolti rapidamente. Le tariffe relativamente lente di adattamento e de-adeguamento ha permesso di studiare la formazione come i diversi interventi possono alterare queste tariffe senza avvicinarsi un soffitto. Terzo, la cinematica8,10, cinetica11,12,13,14, elettromiografici6,15,16 , e percettivo7,17,18,19 modifiche che si verificano con adattamento di Spalato-cintura tapis roulant sono state ben studiate, come ha il controllo neurale di questo compito20 ,21,22. In altre parole, gli adattamenti per il tapis roulant Spalato-cintura hanno stati documentati e replicati da diversi gruppi differenti, rendendo questo un compito di apprendimento motorio ben caratterizzati.

Negli ultimi dieci anni, diversi studi hanno dimostrato la natura di specifiche attività e contesto dell'adattamento di Spalato-cintura. Postumi dopo Spalato-cintura adattamento sono significativamente ridotti in ampiezza se vengono testati in condizioni diverse dalla condizione di allenamento. Ad esempio, postumi sono più piccoli se la persona viene spostata in un ambiente diverso (ad esempio, su un terreno a piedi23), esegue un compito motorio diverso (ad esempio, con le versioni precedenti camminando o correndo13, 24), o anche cammina ad una velocità che si differenzia dalla velocità del nastro più lento durante adattamento25. Sono in corso sforzi per stabilire i parametri che regolano la generalizzazione dell'adattamento dell'apparato locomotore.

L'obiettivo di questa carta è di descrivere un protocollo per l'utilizzo il tapis roulant Spalato-cintura per indagare l'adattamento dell'apparato locomotore umano e generalizzazione del modello adattato ad altri contesti a piedi (cioè, la velocità a piedi diverse e ambienti). Mentre il protocollo descritto qui è più direttamente derivata da quella utilizzata in Jade_vampire et al. 25 (Figura 1a), va notato che questo protocollo è stato informato da un certo numero di studi che lo hanno preceduto8,23,24,26, 27,28. Il metodo è stato originariamente sviluppato per verificare l'ipotesi che mantenere la costanza della velocità di deambulazione tra tapis roulant e negli ambienti di terra migliorerebbe la generalizzazione di Spalato-cintura a piedi attraverso questi diversi ambienti25. Nella sezione protocollo sottostante, diamo le istruzioni su come replicare questa versione del metodo split-cintura tapis roulant, con note che indicano come alcuni passaggi del protocollo possono essere modificati a fini di metodo diverso.

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Protocol

tutte le procedure sono state approvate dal comitato di revisione istituzionale presso la Stony Brook University.

1. set-up sperimentale

Nota: fare riferimento al File supplementari 1-definizioni per le definizioni dei termini comuni utilizzati in esperimenti di tapis roulant Spalato-cintura.

  1. Schermo tutti i partecipanti per la precedente esperienza con il tapis roulant Spalato-cintura.
    Nota: Le persone hanno dimostrati di riadattare più velocemente per il tapis roulant di Spalato-cintura seguendo una precedente esposizione ad esso 29 , 30. La scala cronologica sopra che la gente " dimenticare " tapis roulant Spalato-cintura non è attualmente noto; quindi, precedente esperienza con il tapis roulant Spalato-cintura può essere una variabile di confusione se non è controllato.
  2. Condurre tutti i test in un ambiente tranquillo e ridurre l'attività in camera test.
  3. Set up un movimento sistema (secondo le istruzioni di sistema) di rilevamento di movimento discografico su un tapis roulant di Spalato-cintura e uno su terra passerella.
    Nota: ad esempio, l'attuale protocollo utilizzato un sistema di tracciamento con indicatori LED attivi del movimento. Quattro unità di sensore montato su treppiede rilevato la posizione tridimensionale dei marcatori attivi, con due unità collocati su entrambi i lati (destra e sinistra del tapis roulant) e due su entrambi i lati di un 7m passerella terra.
  4. Outfit il partecipante con motion tracking marcatori, elettromiografia, ecc.
  5. Considerare inclusa una partizione tra le due cinghie di tapis roulant Spalato-cintura per impedire le gambe da traversata sopra alla cintura controlaterale. Questa partizione non è strettamente necessaria per adulti neurologico intatto ma può essere utile per verificare se i bambini o popolazioni cliniche. Si noti che la presenza di una partizione probabilmente aumenta la larghezza di passaggio; Tuttavia, nella misura in cui questo problema riguarda Spalato-cintura adattamento è sconosciuta.
  6. Impostare un'imbracatura di sicurezza sopra il tapis roulant per proteggere il partecipante di cadere durante la camminata della pedana mobile.
    Nota: L'imbracatura non deve sostenere peso corporeo, a meno che non si tratta di parte della domanda di ricerca. Anche se cade durante la deambulazione di tapis roulant è eccessivamente raro, molte schede di etica di ricerca richiedono uso di imbracatura di sicurezza.
  7. Mantenere coerenza nel braccio di movimento tra il paradigma sperimentale e tra i partecipanti. Quando decidere il tipo di movimento del braccio (per es., holding di corrimani, oscillare le braccia naturalmente), si consideri che cosa sarà confortevole per il gruppo del soggetto e se forcellone tipico nasconderanno la visibilità degli indicatori critici utilizzati per movimento catturare ( ad esempio, per marcatori inseriti sui fianchi).
    1. Indipendentemente dal movimento del braccio, indicare tutti i partecipanti a tenere corrimano durante l'avvio e l'arresto il tapis roulant per sicurezza.
  8. Mantenere la coerenza nella pendenza attraverso il paradigma sperimentale.
    Nota: A nostra conoscenza, tutti i protocolli pubblicati Spalato-cintura tapis roulant, compresa quella attuale, hanno utilizzato zero pendenza per tapis roulant e oltre a piedi terra.

2. Periodo di previsione

Nota: lo scopo del periodo di riferimento è quello di stabilire quali coordinamento camminare normale è per ogni persona. Coordinamento della linea di base deve essere testato in tutte le condizioni in cui vengono testati postumi. Ad esempio, nel protocollo attuale, i postumi sono stati testati durante il tapis roulant e sopra terra camminare a velocità diverse (0,7 e 1,4 m/s). Pertanto, linea di base sopra terra e tapis roulant prove a 0,7 e 1,4 m/s sono stati inclusi. Questo consente un confronto diretto dei postumi per il coordinamento a piedi della linea di base alla stessa velocità e contesto. Sopra terra camminando basale prove possono essere eliminate quando gli obiettivi sperimentali non includono generalizzazione per sopra terra camminando.

  1. Per nel corso di prove di linea di base di terra, indicare al partecipante di camminare sopra la terra su una strada pedonale dove possono essere raccolti dati di cattura del movimento. Raccogliere un minimo di 10 cicli di falcata per stabilire la linea di base su terra a piedi.
    1. Se il motion capture sistema consente solo di motion capture all'interno di uno spazio limitato, che il partecipante eseguire diversi passaggi (ad esempio, prove) attraverso lo spazio di cattura del movimento. Alla fine di ogni prova, istruire il partecipante di fermarsi, girare in luogo e preparare per il ricercatore ' cue s per iniziare la prossima prova.
    2. Per ogni prova, assicurarsi che almeno due cicli di falcata sono eseguite all'interno dello spazio di cattura del movimento, non compresi i cicli di primo e l'ultimo passo.
      Nota: Questi cicli del passo iniziale e finale verranno scartati dalla analisi come sono passi di accelerazione/decelerazione, non allo steady-state camminando.
    3. Avere i partecipanti eseguire diverse (in genere 10) sopra terra camminando prove.
      1. Se si desidera una velocità specifica, hanno la passeggiata partecipante a quella velocità sul tapis roulant (il legato-cinture) a lui/lei familiarizzare con l'attività. Quindi, spostare nuovamente la passerella, istruire il partecipante a camminare alla stessa velocità come lui/lei ha fatto sul tapis roulant e tempo il partecipante durante ogni prova di sopra terra camminando. Dare un feedback verbale tra ogni prova per accelerare o rallentare giù, se necessario 25.
  2. Per le prove di linea di base di tapis roulant, indicare al partecipante di camminare su legato-cinture per un minimo di 1-5
    Nota: Ciò costituisce una prova singola linea di base. Se il partecipante è poco familiare con tapis roulant a piedi, questo periodo può essere allungato per permettere alla persona di sentirsi a proprio agio con il compito. Prove
    1. partita l'avanzamento della linea di base per l'avanzamento in cui verranno testati i postumi, per consentire il confronto di coordinamento pre- e post-adattamento di andatura a velocità equivalenti.
      Nota: Più prove di linea di base (cioè, blocchi di 1-5 min) alle diverse velocità del nastro legato possono essere richieste; ad esempio, nel protocollo attuale, prove di previsione alle velocità nastro legato di 0,7 m/s e 1,4 m/s sono stati raccolti perché quelle erano le velocità utilizzate per valutare gli post-effetti.

3. Tirocinio di adattamento

Nota: i partecipanti non devono essere istruiti che sono circa a piedi su Spalato-cinture. In molti esperimenti, compresa quella attuale, i partecipanti non sono detto se cinture sarà legato - o Spalato-; Essi sono semplicemente detto quando verrà a partire o fermare il tapis roulant. In tal caso lo sperimentatore misurare gli effetti di un cambiamento imprevisto nell'ambiente a piedi.

  1. Mentre il partecipante sta levandosi in piedi sui nastri tapis roulant stazionarie, avviare il tapis roulant Spalato-cintura con una cintura in esecuzione più velocemente rispetto agli altri e permettere al partecipante di camminare per almeno 7 minuti (10-15 min è più comune).
    1. Istruire il partecipante a guardare dritto, non giù ai loro piedi.
    2. Impostare una velocità del nastro più velocemente rispetto agli altri (ad es., 2-3 volte le differenze tra velocità del nastro).
      Nota: I rapporti di velocità più elevati sono stati utilizzati in passato 8 , 31. L'attuale protocollo utilizza 0.7:1.4 m/s per un rapporto di 2:1.
      1. Randomizzare quale gamba è guidato dalla cinghia più lenta o costantemente scegliere una gamba (dominante o non dominante) della gamba che è guidato dalla cinghia lenta.
      2. La velocità del nastro differenziale può essere introdotto gradualmente (velocità del nastro veloce è gradualmente aumentata e/o lento cintura velocità incrementalmente in diminuzione sopra parecchi min) o bruscamente (dalla posizione di fermo, cinture accelerano alla velocità di destinazione in pochi secondi).
        Nota: Il modo che Spalato-cinture vengono introdotti può interessare come adattano gli individui, quanto bene essi trasferire il modello adattato ai diversi ambienti a piedi, e quanto bene si adattano nuovamente a Spalato-cinture 24 h successive 27 , 32. attualmente, Spalato-cintura maggior parte dei protocolli a piedi (compreso quello attuale) introdurre le cinture Spalato bruscamente.
      3. Se si prevede che le interruzioni saranno necessari (ad es., per bambini piccoli, anziani o persone con mobilità limitata), aggiungere pause di riposo predeterminata al protocollo per tutti i partecipanti. Assicurarsi che la lunghezza di queste rotture sia coerenza; interruzioni impreviste devono essere registrate e temporizzate, come questo può essere un fattore da considerare nell'analisi 33.

4. Prendere la prova

Nota: Catch prove sono eseguite sul tapis roulant (legato-cinture) e vengono utilizzate per testare brevemente il partecipante ' postumi s finora nel protocollo, che indica quanto si sono adattati. Una prova di cattura è un breve (solitamente < 20 s) periodo di cintura legata a piedi per valutare rapidamente lo sviluppo di effetti collaterali durante il periodo di adattamento di Spalato-cintura.

  1. Una volta il partecipante è completamente adattato a Spalato-cinture (minimo 7 min a piedi Spalato-cintura), brevemente interrompere le cinture e riavviare il tapis roulant con entrambe le cinture in esecuzione alla stessa velocità. Eseguire la prova di cattura avviando il tapis roulant alla stessa velocità come la cintura più lenta durante l'adattamento di Spalato-cintura 28 come postumi sarà più grande qui.
    1. Per massimizzare l'ampiezza di dopo-effetto successivo adattamento di Spalato-cintura a 0.7:1.4 m/s, eseguire la prova di cattura a 0,7 m/s.
  2. Per attenuare de-adattamento, terminare il processo di cattura (cioè, arrestare il tapis roulant) una volta che il partecipante ha fatto passi da circa cinque presso il desiderato prendere prova velocità (~ 10-15 s).
  3. Per valutare i postumi in prove di cattura eseguita alle più diverse velocità a piedi (o altre modifiche a pochi contesti, ad esempio, in avanti e indietro a piedi 24), ri-adattare il partecipante per almeno 2 min su Spalato-cinture tra ogni cattura prova.
    Nota: L'ordine di cattura prove deve essere randomizzato 25 e/o la prima prova di cattura dovrebbe essere ritestata vicino alla fine del periodo di adattamento per determinare se ci fosse una sistematica diminuzione nella dimensione di ripercussione con ripetute di commutazione tra legato-cinture (cattura prove) e Spalato-cinture (riadattamento) 28.
  4. Seguendo l'ultimo prendere trial, arrestare il tapis roulant e riavviarlo con Spalato-cinture (stessa configurazione di adattamento - Vedi punto 3.1.2) per 2-5 min consentire al partecipante di riadattare.

5. Post-adattamento-test postumi durante sopra terra Walking

Nota: questo passaggio è facoltativo e dipende dagli obiettivi dell'esperimento. Nel presente protocollo, gli obiettivi incluso valutazione di generalizzazione per sopra terra a piedi, così un post-adattamento nel corso di test a terra era periodo incluso.

  1. Arrestare il tapis roulant e trasferire il partecipante agli oltre terra passerella utilizzando una sedia a rotelle, per impedire che i partecipanti non registrati passi prima di raggiungere l'area di registrazione.
  2. Istruire il partecipante a camminare lungo la passerella sopra-terra, come descritto al punto 2.1.
    1. Se si desidera una specifica velocità di camminata, istruire gli individui per replicare la linea di base a piedi velocità 25.
    2. Completamente wash-out sopra terra camminando postumi così che persone tornano al loro coordinamento della linea di base, hanno i partecipanti eseguire 10-15 a piedi passa su un 6 m sopra la passerella di terra
      Nota: Questo ha dimostrato di essere sufficiente 26 , 27 e ammonta a circa 30 passi 27. Se sopra la terra a piedi non è continuamente registrati (ad esempio, diversi passaggi sono presi attraverso l'area di registrazione), ci saranno diversi passaggi che non vengono analizzati tra ciascuno sopra terra camminando prova, come il partecipante rallenta, si trasforma in luogo, e inizia a camminare nella direzione opposta. Il tasso di de-adattamento nel corso di studi post-adattamento (OG PA) terra deve essere interpretato con cautela, a meno che il set-up sperimentale consente registrazione continua sulla terra a piedi.

6. Post-adattamento-test postumi durante il tapis roulant a piedi

Nota: come nel passaggio 5, questo passaggio è facoltativo e dipende gli obiettivi di studio. Se un periodo di OG PA è stato incluso, il periodo post-adattamento di tapis roulant successive prove per la presenza di postumi dopo tapis roulant sopra postumi di terra sono state slavato 23 , 26 , 27. se non c'era nessun periodo di OG PA, il periodo di post-adattamento tapis roulant può essere utilizzato per valutare gli post-effetti tapis roulant (prima 1-5 falcate di post-adattamento) e/o de-adattamento tapis roulant prezzo 22 , 29 , 34.

  1. Se non c'era nessun PA OG, alla fine del periodo di adattamento, una breve sosta il tapis roulant e ri-iniziare con cinture legato. Se ci fosse un over terra breve periodo, utilizzano la sedia a rotelle per il trasporto il partecipante torna al tapis roulant stazionarie e ri-iniziare con cinghie legato; la carrozzina è importante ridurre al minimo il numero di passaggi che non vengono registrati.
    1. Di misurare semplicemente la dimensione post- dell'effetto, registrare cintura legata a piedi per un breve periodo (ad esempio, 30 s). Al fine di valutare i tassi di-adattamento, registrano continuo cintura legata a piedi per un minimo di 10 min per garantire completa sbiaditura di postumi.
    2. Impostare la velocità di cinghie legato durante il periodo post-adattamento secondo le ipotesi poste, come il tapis roulant più grande postumi si verificano quando la velocità del nastro legato corrisponda a quella della cinghia più lenta durante l'adattamento di Spalato-cintura 25 , 28. Se adattamento viene eseguita ad una velocità di Spalato-cintura di 0,7 e 1,4 m/s, impostare la velocità del nastro legato a 0,7 m/s per osservare gli post-effetti più grandi.

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Representative Results

Camminare su un tapis roulant di Spalato-cintura inizialmente provoca grandi asimmetrie nel coordinamento interlimb. Per un periodo di 10-15 min, simmetria in molte di queste misure viene gradualmente ripristinato. Descrizioni dettagliate di come cinematica a piedi parametri cambia sopra il corso di adattamento tapis roulant Spalato-cintura stato pubblicato altrove8,10. Questo documento si concentra su due misure di coordinamento interlimb: passo lunghezza e durata doppio supporto. Lunghezza del passo è calcolato come la distanza antero-posteriore tra i due piedi (cioè, la distanza tra marcatori inseriti su malleoli laterali di tracciamento del movimento) al contatto iniziale (cioè, tallone). Lunghezza passo lento viene calcolato quando atterra la gamba sulla cintura più lenta; Lunghezza passo veloce viene calcolata al contatto del tallone gamba veloce. Lunghezza passo principalmente è considerato una misura spaziale di coordinamento interlimb, anche se può anche essere influenzata dai cambiamenti nella tempistica di andatura10. Doppio supporto durata è una misura temporale di coordinamento interlimb, definito come la durata del periodo quando entrambi i piedi sono a contatto con il suolo; lento doppio supporto si verifica alla fine della posizione di gamba lento e veloce doppia supporto è in posizione terminale veloce gamba. Doppio supporto durata è segnalato come una percentuale dello stride durata del ciclo. Per lunghezza del passo e doppio supporto durata, le differenze tra i valori ottenuti da ogni gamba dare una misura di camminare simmetria (andatura simmetrica: differenza = 0; andatura asimmetrica: differenza ≠ 0). I valori assoluti di questi due metriche durante post-adattamento a piedi sono collettivamente denominati "ampiezze di dopo-effetto".

La figura 1 Mostra rappresentante risultati da due partecipanti di un tapis roulant di Spalato-cintura sperimentare25. I partecipanti erano giovani adulti (< 40 anni di età) senza lesioni neurologiche o ortopediche o malattie. Lo scopo di questo esperimento era di verificare come la velocità di deambulazione influenza l'espressione di postumi tapis roulant Spalato-cintura in ambienti diversi (cioè, camminare sul tapis roulant e camminare sopra il terreno). L'esperimento iniziato con base a pochi periodi sul tapis roulant e sopra la terra a velocità diverse di camminare (0,7 e 1,4 m/s); Queste stesse velocità a piedi sono state utilizzate per testare postumi più tardi nell'esperimento. Entrambi i partecipanti camminato con vicino-simmetrica spaziale (passo differenza di lunghezza) e temporale il coordinamento interlimb (doppio supporto differenza) durante queste prove di linea di base.

Successivamente, i partecipanti camminato su Spalato-cinture con loro gamba dominante sul nastro veloce (rallentare la velocità del nastro: 0,7 m/s; velocità del nastro veloce: 1,4 m/s). Spalato-cinture inizialmente indotto asimmetrie in coordinamento interlimb ma, nel corso di diversi passi avanti, entrambi i partecipanti adattate per ristabilire la simmetria della linea di base. Dopo 10 min a piedi Spalato-cintura, le cinture sono state fermate e ri-iniziate con entrambe le cinture in esecuzione la stessa velocità per determinare la dimensione post-effetto (cioè, prove di cattura). Questi cattura prove testate tapis roulant postumi a 0,7 m/s e 1,4 m/s (ordine randomizzato), con un periodo di riadattamento di 2 min in mezzo. Nelle prove di cattura, entrambi i partecipanti ha dimostrato gli post-effetti che sono stati espressi come asimmetrie fronte dalla direzione dell'asimmetria indotta da Spalato-cintura tapis roulant all'inizio del periodo di adattamento. Postumi testati alla velocità lenta (0,7 m/s) erano più grandi di quelli testati presso la velocità veloce (1,4 m/s), un risultato che è stato confermato nel gruppo analizza25,28.

Dopo il processo di cattura finale, i partecipanti riadattata a Spalato-cinture e quindi sono stati trasportati in sedia a rotelle al passaggio pedonale per prove OG PA. A seconda dell'assegnazione del gruppo, avevano chiesto di camminare veloce o lento (0,7 m/s) velocità (1,4 m/s). Mentre entrambi i partecipanti hanno dimostrato postumi (asimmetrie di andatura rispetto al basale) nelle prove OG PA, questi effetti non erano grandi come quelli testati sul tapis roulant, né sembrano essere colpiti tanto dalla velocità di deambulazione. Dopo-effetti in 1 partecipante che ha camminato sulla terra alla velocità più lenta erano circa le stesse dimensioni come postumi in 2 partecipante che ha camminato sulla terra la velocità più veloce; Questo si rifletteva anche nelle analisi di gruppo. In questo particolare esperimento, tapis roulant post-adattamento sperimentazioni sono state condotte non perché i postumi del tapis roulant testati durante le prove di cattura sono stati sufficienti per testare le ipotesi. Tuttavia, molti esperimenti che prova sopra terreno postumi successivamente restituito al tapis roulant per testare tapis roulant postumi23,26.

Figure 1
Figura 1: paradigma sperimentale (a) e passo-passo appezzamenti di Spalato-cintura adattamento (B). (a) nel paradigma sperimentale, riempiti blocchi indicano tapis roulant (TM) a piedi, mentre l'open blocchi indicano a piedi sopra-terra (OG). Pause tra blocchi di tapis roulant indicano che il tapis roulant è stato brevemente arrestato e riavviato per riconfigurare la velocità del nastro. Sono stati condotti studi lenti, denotati da pedice "S", a 0,7 m/s; test veloce ("F") erano a 1,4 m/s. La velocità di lento e veloce cinture durante le prove di Spalato-cintura (SB) erano 0,7 e 1,4 m/s, rispettivamente. 10 s legato-cintura cattura prove a lento (CS) e velocità (CF) erano in ordine casuale verso la fine di adattamento. Tutti i partecipanti hanno avvertito un paradigma identico fino a raggiungere la fase di post-adattamento dell'esperimento, al punto che sono stati assegnati a un gruppo di camminare sopra-terreno lento o veloce. (b) singolo partecipante falcata di falcata appezzamenti di modifiche nel passaggio differenza di lunghezza (in alto) e doppio supporto di differenza (in basso). Per riferimento, perfetta simmetria è indicata sull'asse orizzontale a 0. Codifica a colori corrisponde a che in (a). Da Jade_vampire et al. 25 con permesso da Springer. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Numerosi studi hanno ora dimostrato che persone adattarsi andatura coordinamento su un tapis roulant di Spalato-cintura al fine di ristabilire la simmetria nei parametri di coordinamento interlimb come lunghezza del passo e supporto doppia durata. Quando condizioni naturali a piedi sono restaurato seguente Spalato-cintura a piedi, i partecipanti continuano utilizzando il modello di andatura adattato, che conduce a conseguenze che devono essere ignoranti per tornare alla normale coordinamento a piedi. I ricercatori utilizzano principalmente ampiezza di tasso e post-effetto di adattamento per quantificare la capacità di imparare questo nuovo modello a piedi e di generalizzare questo apprendimento agli altri ambienti e ai compiti a piedi. Interpretare correttamente questi cambiamenti nei tassi di adattamento e ampiezza dopo-effetto richiede un'attenta aderenza alla chiave interviene il disegno sperimentale e la considerazione di altri fattori che possono influenzare tali misure. Nelle sezioni seguenti, evidenziare queste considerazioni, discutiamo scala velocità tapis roulant per i partecipanti di diverse altezze e discutere come questa tecnica si inserisce nel più vasto campo di apprendimento motorio.

Fasi critiche all'interno del protocollo

Il lavoro descritto nel risultati rappresentativi25,28 sottolinea l'importanza di considerare la velocità di camminata durante lo sviluppo di un protocollo di adattamento di Spalato-cintura in individui neurologicamente intatti. Come illustrato nella Figura 1, postumi tapis roulant sono più grandi quando sono testati su legato-cinture abbinate alla velocità della cinghia più lenta durante l'adattamento25,28. È pertanto consigliabile che protocolli di Spalato-cintura essere progettato in modo che postumi e coordinamento della linea di base di tapis roulant possono essere testati alla stessa velocità come la cintura più lenta durante l'adattamento. Si consiglia, inoltre, che gli investigatori iniziano analisi post-effetto solo dopo che le cinture di raggiungono l'80% della loro velocità finale poiché differenze molto piccole velocità (0,2 m/s) possono influenzare tapis roulant ripercussione dimensioni28. È interessante notare che, postumi testati durante sopra terra a piedi non sono sensibili alla velocità come tapis roulant postumi25ambulante. Di conseguenza, è più importante per proprio selezionare e controllare la velocità della camminata durante gli studi di post-effetto di tapis roulant che finirà durante prove di post-effetto di terra in adulti giovani, neurologico intatto.

Oltre a controllare la velocità della camminata, è importante ridurre al minimo i distrattori e altre attività in sala prove durante gli esperimenti di adattamento di Spalato-cintura. Questa raccomandazione è basata su ricerche che dimostrano che guardando un programma televisivo durante la deambulazione di Spalato-cintura rallentato tassi di adattamento rispetto a condizioni non di distrazione in entrambi sani più giovani (< 30 anni)34 anni (> 50 anni)33 adulti. Incorporare il protocollo di pause di riposo può colpire anche adattamento - lavoro recente ha indicato che gli adulti oltre i 50 anni "dimenticano" il modello adattato durante resto seduto 5 min rodaggi tra Spalato-cintura a piedi prove, considerando che fanno gli adulti di età inferiore ai 30 anni non33. In caso di interruzioni durante un protocollo di Spalato-cintura tapis roulant, il tempo e la durata di ogni interruzione dovrebbe essere documentati e forse considerati come un fattore in analisi, in particolare quando il campione di studio comprende individui diversi giovani adulti sani. Se si prevede che i partecipanti dovranno interruzioni (ad es., bambini piccoli o popolazioni suscettibili alla fatica), pause standardizzate dovrebbero essere integrate il protocollo di studio per tutti i partecipanti35.

Le modifiche e la risoluzione dei problemi

Esiste una vasta gamma di velocità che potrebbe essere considerato come parte di un protocollo di tapis roulant Spalato-cintura di camminare. Mentre molti ricercatori optano per i rapporti di numero intero per Spalato-cintura velocità (ad esempio, differenze di 2:1, 3:1, 4:1), non c'è alcun motivo per altri rapporti non potrebbero essere usato (ad es., come in Yang et al. 31). Inoltre, mentre il corrente utilizza protocollo stesso tapis roulant accelera per tutti (tutti adulti; assegnato in modo casuale a diversi gruppi), può essere necessario regolare la velocità del tapis roulant per le dimensioni della persona in fase di test. Ad esempio, in Vasudevan et al. 35, adattamento di Spalato-cintura è stato confrontato in persone di età compresa tra 3-40 anni; chiaramente c'erano grandi differenze nella lunghezza delle gambe attraverso questo campione. Per tenere conto di questo, tapis roulant velocità venivano scalati secondo la lunghezza delle gambe. Se la lunghezza delle gambe era 1,0 m, velocità di Spalato-cintura tapis roulant erano impostate su 1.0:2.0 m/s. Se la lunghezza delle gambe era 0,35 m, velocità di Spalato-cintura tapis roulant erano impostate su 0.35:0.7 m/s. Questo approccio ha portato alla velocità di Spalato-cintura che erano gestibile per tutti i partecipanti, e l'asimmetria iniziale indotta da Spalato-cinture era comparabile tra i gruppi di età. Poiché questo articolo è stato pubblicato, il nostro gruppo ha utilizzato anche il numero di Froude36 per normalizzare la velocità del tapis roulant nei partecipanti di diverse altezze37. Il numero di Froude è un parametro adimensionale utilizzato per normalizzare il pendolo-come movimento di camminare nella gente di gambe di lunghezza diversa e sotto diverse condizioni di carico. Questa relazione stabilisce che a piedi velocità è proporzionale alla radice quadrata della lunghezza delle gambe. Pertanto, un approccio migliore in futuro può essere in scala di velocità con la radice quadrata della lunghezza della gamba e lunghezza delle gambe non assoluta. Mentre la velocità assoluta tapis roulant può essere variata in protocolli di tapis roulant Spalato-cintura, si consiglia di mantenere un rapporto coerente Spalato-cintura velocità tra i partecipanti.

Finora in questa discussione tre fattori sono stati evidenziati come considerazioni principali nella progettazione di esperimenti di Spalato-cinghia: a piedi velocità, distrazione e interruzioni. Tuttavia, questo non è un elenco esaustivo. Ci sono numerose modifiche protocollo possibili, alcune delle quali hanno già dimostrati di influenzare l'adattamento e/o postumi, tra cui l'aggiunta o la privazione di stimoli sensoriali26,38,39 ,40, il tasso di accelerazione delle cinghie di tapis roulant all'inizio delle prove di Spalato-cintura27, la pratica struttura29e fornendo feedback durante l'adattamento34,41. Postumi dopo Spalato-cintura a piedi sono molto robusti e sono stati replicati in numerosi studi (ad es. 8,24,25,26,27, 28,29 , 35). se questo protocollo non comporta post-effetti robusti, possibili cause includono cerebellare immaturità o danni21,35,42, rapporti di velocità di adattamento insufficiente o non corretta selezione dei velocità del nastro legato alla prova postumi (Vedi sezione di discussione (a) e 25,28).

Limitazioni di questa tecnica

È importante riconoscere che il tapis roulant Spalato-cintura valuta la capacità di eseguire un tipo di apprendimento motorio. In particolare, valuta adattamento dell'apparato locomotore, definito usando la terminologia di Martin et al. 9 come il processo graduale, prova-e-errore di modificare un movimento ben istruito (ad es., a piedi) in risposta a un romanzo perturbante o contesto (ad es., Spalato-cintura tapis roulant). In altre parole, adattamento motorio può essere considerato come un componente del motore abilità di apprendimento, ma ci sono anche molti altri meccanismi per l'apprendimento di un nuovo movimento.

Allo stesso modo, ci sono diversi modi per quantificare l'adattamento dell'apparato locomotore, compresa la valutazione dell'andatura cinematica8,10, cinetica11,12,13,14 , l'elettromiografia6,15,16e percezione di andatura asimmetria7,17,18,19. Il protocollo di cui sopra è limitato alla discussione della lunghezza del passo e doppio supporto ora, come queste misure più specificamente indirizzata la nostra domanda di ricerca in Jade_vampire et al. 25 per quanto riguarda la generalizzazione spaziale e temporale di adattamento motorio passo dopo passo. Mentre una discussione esaustiva di ogni misura di adattamento dell'apparato locomotore è oltre la portata di questa carta, esiste una vasta gamma di protocolli alternativi Spalato-cintura tapis roulant e misure di risultato, ognuno dei quali può essere utilizzato per valutare ipotesi uniche.

Un'altra limitazione del tapis roulant Spalato-cintura è che molte misure comunemente usati di adattamento di andatura (ad es., lunghezza del passo) vengono acquisiti nei punti di tempo discreti (ad es., tallone). Tuttavia, camminare è un movimento continuo, e l'adattamento è un processo continuo che si verifica mentre si cammina. Molti metodi di quantificazione adattamento quindi riducano un processo continuo verso il basso per intervalli di tempo discreti. Questa può essere una preoccupazione nella modellizzazione computazionale, dove il corso di tempo di adattamento è una variabile fondamentale (Vedi sezione di discussione (e) per maggiori dettagli sulla modellazione computazionale dei dati di adattamento).

Significato della tecnica rispetto ai metodi esistenti/alternativa

Mentre questo non è l'unico metodo con cui per adattamento dell'apparato locomotore studio e di apprendimento (ad es., anche Vedi 43,44,45,46,47, 48,49,50), il paradigma di Spalato-cintura tapis roulant ha molti punti di forza. In primo luogo, il tapis roulant Spalato-cintura è romanzo per la maggior parte delle persone ed è facile alla gente di schermo per esperienza passata di tapis roulant Spalato-cintura. In questo modo lo studio dell'adattamento di una perturbazione veramente nuova, a differenza di ponderazione la gamba, inciampare, o scavalcando ostacoli, quali animali più maturi, terrestre, zampe hanno sperimentato prima. In secondo luogo, esso non richiede istruzioni, così giovanissimi31,35,42 e persone con limitata motore volontario di controllo (ad esempio, dopo l'infortunio di ictus o cervello)23, 51 , 52 ancora possibile eseguire questa attività. In realtà, persone con andatura asimmetrica che segue il colpo può anche esperienza di benefici a lungo termine a pochi passi di coordinamento dopo ripetute tapis roulant di Spalato-cintura formazione53. In sintesi, il tapis roulant Spalato-cintura offre una potente tecnica per studiare l'adattamento dell'apparato locomotore attraverso molte popolazioni diverse con diverse esperienze dell'apparato locomotore e offre anche la possibilità di un beneficio terapeutico per alcuni.

Applicazioni future o direzione dopo la padronanza di questa tecnica

Ci sono molte domande che rimangono irrisolte sui fattori che influenzano l'adattamento di tapis roulant Spalato-cintura, tra cui alcuni punti che è sorto nella sezione protocollo. Ad esempio, gli effetti del tipo di movimento del braccio (per es., trattenendo bar rispetto a bracci oscillanti, naturalmente) e gli effetti di dominanza gamba sull'adattamento dell'apparato locomotore non sono ancora stati accuratamente studiati (anche se vedere 54). Inoltre, mentre un crescente corpo di lavoro computazionale ha iniziato a modellare i processi di adattamento dell'apparato locomotore10,55,56,57, questa zona d'inchiesta è ancora sottosviluppata in confronto computazionale modellazione degli adattamenti movimento (cioè, saccade) superiori del membro o dell'occhio. Questa disparità è dovuto in parte a piedi essendo un movimento più complicato rispetto a raggiungere o occhio saccades, perché coinvolge due arti, giunti multipli e coinvolge altri sistemi relazionati alla stabilità e controllo posturale. La maggiore difficoltà di modellazione dati di camminare è anche dovuto al fatto che camminare è un movimento continuo, considerando che arrivano fino a e saccades sono discreti movimenti. La prima portata o del movimento di occhio nel blocco di adattamento è indicativo di reazione iniziale del partecipante per i parametri modificati sensorimotori del compito. Al contrario, il primo punto dati per camminare adattamento avviene solo una volta che il tapis roulant ha raggiunto l'80% della sua velocità di destinazione. Mentre il tapis roulant ottiene fino a velocità, le gambe stanno raccogliendo informazioni su velocità relative della cinghia ancor prima viene avviata la raccolta dei dati. Così, con il tempo il primo punto di dati è registrato a pochi passi di adattamento, la persona abbia già ottenuto informazioni sull'attività di adattamento. A seconda di quanto velocemente persone può regolare andatura coordinamento a queste informazioni, processi di adattamento possono essere che si verificano prima i primi passi analizzabili. In questo modo la prima reazione a Spalato-cinture per cambiare con le esposizioni ripetute29 e in diversi gruppi partecipanti52, aggiungendo difficoltà per il processo di modellazione, perché il punto di partenza non è sempre lo stesso. Ciò nonostante, alcuni molto interessante lavoro computazionale ha iniziato ad emergereSUP classe = "xrif" > 10,55,56,57, che sarà probabilmente arricchire il campo e generare previsioni su come persone risponderà a diverse varianti del protocollo tapis roulant Spalato-cintura in futuro.

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Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Questo lavoro è stato finanziato da un americano cuore associazione scienziato Development Grant (#12SDG12200001) a E. Vasudevan. Affiliazione corrente di R. Hamzey è il dipartimento di ingegneria meccanica, Boston University, Boston, MA, USA. Affiliazione corrente di E. Kirk è il reparto di MGH Institute di professioni sanitarie della terapia fisica.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Split-belt treadmill Woodway
Codamotion CX1 Charmwood Dynamics, Ltd, Leicestershire, UK

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References

  1. Kulagin, A. S., Shik, M. L. Interaction of symmetric extremities during controlled locomotion. Biofizika. 15 (1), 164-170 (1970).
  2. Halbertsma, J. M. The stride cycle of the cat: the modelling of locomotion by computerized analysis of automatic recordings. Acta Physiol Scand Suppl. 521, 1-75 (1983).
  3. Forssberg, H., Grillner, S., Halbertsma, J., Rossignol, S. The locomotion of the low spinal cat. II. Interlimb coordination. Acta Physiol Scand. 108 (3), 283-295 (1980).
  4. Foth, E., Bassler, U. Leg movements of stick insects walking with five legs on a treadwheel and with one leg on a motor-driven belt. II. Leg coordination when step-frequencies differ from leg to leg. Biol Cybern. 51 (5), 319-324 (1985).
  5. Thelen, E., Ulrich, B. D., Niles, D. Bilateral coordination in human infants: stepping on a split-belt treadmill. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 13 (3), 405-410 (1987).
  6. Dietz, V., Zijlstra, W., Duysens, J. Human neuronal interlimb coordination during split-belt locomotion. Exp Brain Res. 101 (3), 513-520 (1994).
  7. Jensen, L., Prokop, T., Dietz, V. Adaptational effects during human split-belt walking: influence of afferent input. Exp Brain Res. 118 (1), 126-130 (1998).
  8. Reisman, D. S., Block, H. J., Bastian, A. J. Interlimb coordination during locomotion: what can be adapted and stored? J Neurophysiol. 94 (4), 2403-2415 (2005).
  9. Martin, T. A., Keating, J. G., Goodkin, H. P., Bastian, A. J., Thach, W. T. Throwing while looking through prisms. II. Specificity and storage of multiple gaze-throw calibrations. Brain. 119 (Pt 4), 1199-1211 (1996).
  10. Malone, L. A., Bastian, A. J., Torres-Oviedo, G. How does the motor system correct for errors in time and space during locomotor adaptation? J Neurophysiol. 108 (2), 672-683 (2012).
  11. Lauziere, S., et al. Plantarflexion moment is a contributor to step length after-effect following walking on a split-belt treadmill in individuals with stroke and healthy individuals. J Rehabil Med. 46 (9), 849-857 (2014).
  12. Mawase, F., Haizler, T., Bar-Haim, S., Karniel, A. Kinetic adaptation during locomotion on a split-belt treadmill. J Neurophysiol. 109 (8), 2216-2227 (2013).
  13. Ogawa, T., Kawashima, N., Obata, H., Kanosue, K., Nakazawa, K. Distinct motor strategies underlying split-belt adaptation in human walking and running. PLoS One. 10 (3), e0121951 (2015).
  14. Roemmich, R. T., Hack, N., Akbar, U., Hass, C. J. Effects of dopaminergic therapy on locomotor adaptation and adaptive learning in persons with Parkinson's disease. Behav Brain Res. 268, 31-39 (2014).
  15. Betschart, M., Lauziere, S., Mieville, C., McFadyen, B. J., Nadeau, S. Changes in lower limb muscle activity after walking on a split-belt treadmill in individuals post-stroke. J Electromyogr Kinesiol. 32, 93-100 (2017).
  16. Maclellan, M. J., et al. Muscle activation patterns are bilaterally linked during split-belt treadmill walking in humans. J Neurophysiol. 111 (8), 1541-1552 (2014).
  17. Hoogkamer, W., et al. Gait asymmetry during early split-belt walking is related to perception of belt speed difference. J Neurophysiol. 114 (3), 1705-1712 (2015).
  18. Vazquez, A., Statton, M. A., Busgang, S. A., Bastian, A. J. Split-belt walking adaptation recalibrates sensorimotor estimates of leg speed but not position or force. J Neurophysiol. 114 (6), 3255-3267 (2015).
  19. Wutzke, C. J., Faldowski, R. A., Lewek, M. D. Individuals Poststroke Do Not Perceive Their Spatiotemporal Gait Asymmetries as Abnormal. Phys Ther. 95 (9), 1244-1253 (2015).
  20. Jayaram, G., Galea, J. M., Bastian, A. J., Celnik, P. Human locomotor adaptive learning is proportional to depression of cerebellar excitability. Cereb Cortex. 21 (8), 1901-1909 (2011).
  21. Morton, S. M., Bastian, A. J. Cerebellar contributions to locomotor adaptations during splitbelt treadmill walking. J Neurosci. 26 (36), 9107-9116 (2006).
  22. Jayaram, G., et al. Modulating locomotor adaptation with cerebellar stimulation. J Neurophysiol. 107 (11), 2950-2957 (2012).
  23. Reisman, D. S., Wityk, R., Silver, K., Bastian, A. J. Split-belt treadmill adaptation transfers to overground walking in persons poststroke. Neurorehabil Neural Repair. 23 (7), 735-744 (2009).
  24. Choi, J. T., Bastian, A. J. Adaptation reveals independent control networks for human walking. Nat Neurosci. 10 (8), 1055-1062 (2007).
  25. Hamzey, R. J., Kirk, E. M., Vasudevan, E. V. Gait speed influences aftereffect size following locomotor adaptation, but only in certain environments. Exp Brain Res. 234 (6), 1479-1490 (2016).
  26. Torres-Oviedo, G., Bastian, A. J. Seeing is believing: effects of visual contextual cues on learning and transfer of locomotor adaptation. J Neurosci. 30 (50), 17015-17022 (2010).
  27. Torres-Oviedo, G., Bastian, A. J. Natural error patterns enable transfer of motor learning to novel contexts. J Neurophysiol. 107 (1), 346-356 (2012).
  28. Vasudevan, E. V., Bastian, A. J. Split-belt treadmill adaptation shows different functional networks for fast and slow human walking. J Neurophysiol. 103 (1), 183-191 (2010).
  29. Malone, L. A., Vasudevan, E. V., Bastian, A. J. Motor adaptation training for faster relearning. J Neurosci. 31 (42), 15136-15143 (2011).
  30. Musselman, K. E., Roemmich, R. T., Garrett, B., Bastian, A. J. Motor learning in childhood reveals distinct mechanisms for memory retention and re-learning. Learn Mem. 23 (5), 229-237 (2016).
  31. Yang, J. F., Lamont, E. V., Pang, M. Y. Split-belt treadmill stepping in infants suggests autonomous pattern generators for the left and right leg in humans. J Neurosci. 25 (29), 6869-6876 (2005).
  32. Roemmich, R. T., Bastian, A. J. Two ways to save a newly learned motor pattern. J Neurophysiol. 113 (10), 3519-3530 (2015).
  33. Malone, L. A., Bastian, A. J. Age-related forgetting in locomotor adaptation. Neurobiol Learn Mem. 128, 1-6 (2016).
  34. Malone, L. A., Bastian, A. J. Thinking about walking: effects of conscious correction versus distraction on locomotor adaptation. J Neurophysiol. 103 (4), 1954-1962 (2010).
  35. Vasudevan, E. V., Torres-Oviedo, G., Morton, S. M., Yang, J. F., Bastian, A. J. Younger is not always better: development of locomotor adaptation from childhood to adulthood. J Neurosci. 31 (8), 3055-3065 (2011).
  36. Alexander, R. M. Optimization and gaits in the locomotion of vertebrates. Physiol Rev. 69 (4), 1199-1227 (1989).
  37. Vasudevan, E. V., Patrick, S. K., Yang, J. F. Gait Transitions in Human Infants: Coping with Extremes of Treadmill Speed. PLoS One. 11 (2), e0148124 (2016).
  38. Eikema, D. J., et al. Optic flow improves adaptability of spatiotemporal characteristics during split-belt locomotor adaptation with tactile stimulation. Exp Brain Res. 234 (2), 511-522 (2016).
  39. Mukherjee, M., et al. Plantar tactile perturbations enhance transfer of split-belt locomotor adaptation. Exp Brain Res. 233 (10), 3005-3012 (2015).
  40. Finley, J. M., Statton, M. A., Bastian, A. J. A novel optic flow pattern speeds split-belt locomotor adaptation. J Neurophysiol. 111 (5), 969-976 (2014).
  41. Long, A. W., Roemmich, R. T., Bastian, A. J. Blocking trial-by-trial error correction does not interfere with motor learning in human walking. J Neurophysiol. 115 (5), 2341-2348 (2016).
  42. Musselman, K. E., Patrick, S. K., Vasudevan, E. V., Bastian, A. J., Yang, J. F. Unique characteristics of motor adaptation during walking in young children. J Neurophysiol. 105 (5), 2195-2203 (2011).
  43. Gordon, C. R., Fletcher, W. A., Melvill Jones, G., Block, E. W. Adaptive plasticity in the control of locomotor trajectory. Exp Brain Res. 102 (3), 540-545 (1995).
  44. Savin, D. N., Tseng, S. C., Morton, S. M. Bilateral adaptation during locomotion following a unilaterally applied resistance to swing in nondisabled adults. J Neurophysiol. 104 (6), 3600-3611 (2010).
  45. Lam, T., Wirz, M., Lunenburger, L., Dietz, V. Swing phase resistance enhances flexor muscle activity during treadmill locomotion in incomplete spinal cord injury. Neurorehabil Neural Repair. 22 (5), 438-446 (2008).
  46. Yen, S. C., Schmit, B. D., Wu, M. Using swing resistance and assistance to improve gait symmetry in individuals post-stroke. Hum Mov Sci. 42, 212-224 (2015).
  47. Lam, T., Anderschitz, M., Dietz, V. Contribution of feedback and feedforward strategies to locomotor adaptations. J Neurophysiol. 95 (2), 766-773 (2006).
  48. Handzic, I., Barno, E. M., Vasudevan, E. V., Reed, K. B. Design and Pilot Study of a Gait Enhancing Mobile Shoe. Paladyn. 2 (4), (2011).
  49. Haddad, J. M., van Emmerik, R. E., Whittlesey, S. N., Hamill, J. Adaptations in interlimb and intralimb coordination to asymmetrical loading in human walking. Gait Posture. 23 (4), 429-434 (2006).
  50. Noble, J. W., Prentice, S. D. Adaptation to unilateral change in lower limb mechanical properties during human walking. Exp Brain Res. 169 (4), 482-495 (2006).
  51. Choi, J. T., Vining, E. P., Reisman, D. S., Bastian, A. J. Walking flexibility after hemispherectomy: split-belt treadmill adaptation and feedback control. Brain. 132 (Pt 3), 722-733 (2009).
  52. Vasudevan, E. V., Glass, R. N., Packel, A. T. Effects of traumatic brain injury on locomotor adaptation. J Neurol Phys Ther. 38 (3), 172-182 (2014).
  53. Reisman, D. S., McLean, H., Keller, J., Danks, K. A., Bastian, A. J. Repeated split-belt treadmill training improves poststroke step length asymmetry. Neurorehabil Neural Repair. 27 (5), 460-468 (2013).
  54. MacLellan, M. J., Qaderdan, K., Koehestanie, P., Duysens, J., McFadyen, B. J. Arm movements during split-belt walking reveal predominant patterns of interlimb coupling. Hum Mov Sci. 32 (1), 79-90 (2013).
  55. Finley, J. M., Long, A., Bastian, A. J., Torres-Oviedo, G. Spatial and Temporal Control Contribute to Step Length Asymmetry During Split-Belt Adaptation and Hemiparetic Gait. Neurorehabil Neural Repair. 29 (8), 786-795 (2015).
  56. Roemmich, R. T., Long, A. W., Bastian, A. J. Seeing the Errors You Feel Enhances Locomotor Performance but Not Learning. Curr Biol. 26 (20), 2707-2716 (2016).
  57. Mawase, F., Shmuelof, L., Bar-Haim, S., Karniel, A. Savings in locomotor adaptation explained by changes in learning parameters following initial adaptation. J Neurophysiol. 111 (7), 1444-1454 (2014).

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Utilizzando un tapis roulant Split-cintura per valutare la generalizzazione dell'adattamento dell'apparato locomotore umano
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Vasudevan, E. V. L., Hamzey, R. J., Kirk, E. M. Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation. J. Vis. Exp. (126), e55424, doi:10.3791/55424 (2017).

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