Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Virkningen af Motor Task Betingelser på målrettet Arm Nå Kinematics og Trunk Kompensation i kroniske Stroke Survivors

Published: May 2, 2021 doi: 10.3791/61940
Automatic Translation
1,2, 1, 1,3, 1,4, 1
1Department of Physical Therapy Education, SUNY Upstate Medical University, 2College of Health and Rehabilitation Sciences: Sargent College Center for Neurorehabilitation, Boston University, 3Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of Rochester Medical Center, 4Rehabilitation Today

Summary

Denne protokol har til formål at undersøge virkningen af opgave betingelser på bevægelse strategier i kronisk slagtilfælde overlevende. Desuden kan denne protokol bruges til at undersøge, om en begrænsning i albue forlængelse induceret af neuromuskulære elektriske stimulation forårsager trunk kompensation under mål-rettet arm når i ikke-handicappede voksne.

Abstract

Trunk kompensation er den mest almindelige bevægelse strategi for at erstatte øvre ekstremitet (UE) motoriske underskud i kronisk slagtilfælde overlevende. Der mangler beviser for, hvordan opgavebetingelser påvirker erstatningen for stammen og den målstyrede arm, der når kinematik. Denne protokol har til formål at undersøge virkningen af opgavebetingelser, herunder opgavevanskeligheder og kompleksitet, på målrettet arm nå kinematik. To ikke-handicappede unge voksne og to kroniske slagtilfælde overlevende med mild UE motorisk svækkelse blev rekrutteret til test af protokollen. Hver deltager udførte målstyrede arm-områder med fire forskellige opgavebetingelser (2 opgavevanskeligheder [store vs. små mål] X 2-opgavekompleksiteter [peger vs. picking up]). Opgaven mål var at nå og pege på et mål eller afhente et objekt placeret 20 cm foran hjemmet position så hurtigt som muligt med en pen eller et par spisepinde, henholdsvis som svar på en auditiv cue. Deltagerne har udført ti rækkevidder pr. opgavebetingelse. En 3-dimensionel motion capture kamera system blev brugt til at optage trunk og arm kinematik. Repræsentative resultater viste, at der var en betydelig stigning i bevægelsesvarighed, bevægelses jerkiness og trunk kompensation som en funktion af opgavens kompleksitet, men ikke opgaveproblemer hos alle deltagere. Kroniske slagtilfælde overlevende viste betydeligt langsommere, jerkier, og mere feedback-afhængige arm når og betydeligt mere kompenserende trunk bevægelser end ikke-handicappede voksne. Vores repræsentative resultater understøtter, at denne protokol kan bruges til at undersøge virkningen af opgaveforhold på motoriske kontrolstrategier hos kroniske slagtilfælde overlevende med mild UE motorisk svækkelse.

Introduction

Trunk bevægelse er den mest almindelige strategi for at kompensere for begrænsede grader af frihed i albuen og skulderen hos personer med post-takts øvre ekstremitet (UE) motor underskud1,2. Tidligere undersøgelser har vist, at post-takts individer anvender forskellige bevægelsesstrategier i forskellige motoriske opgavemiljøer3,4,5. Dynamiske systemer motorstyringsteori forklarer, at bevægelser fremgår af interne individuelle faktorer og eksterne faktorer, såsom opgaveforhold og miljø6. Derudover forklarer Fitts lov forholdet mellem opgavevanskeligheder og bevægelseshastighed med en tendens til at udføre vanskeligere opgaver med langsommere hastigheder7. Med hensyn til målstyrede arm nå opgaver, Gentilucci rapporterede, at folk bremse deres nå bevægelser, når de når og forstå et mindre objekt i forhold til et større objekt8. Men virkningen af opgavens kompleksitet på målrettet arm nå kinematik og kompenserende bevægelse strategier i kronisk slagtilfælde overlevende er ikke godt forstået. En tidligere undersøgelse, der undersøgte pege- og gribeopgaver hos kroniske slagtilfælde overlevende viste, at forskelle i kinemiske variabler mellem to forskellige opgaver forklarede forskelle i UE motorisk svækkelse målt ved Fugl-Meyer Øvre Ekstremitet Score9. Denne undersøgelse sammenlignede imidlertid ikke direkte, hvordan bevægelsesstrategier er forskellige med hensyn til kinemiske variabler mellem pege- og forståelsesopgaver. En bedre forståelse af opgavebetingelsernes indvirkning på kompenserende bevægelsesstrategier i betragtning af det individuelle motorforringelsesniveau er afgørende for at designe effektive behandlingssessioner for at minimere kompenserende bevægelser og maksimere restitutionen af motorisk svækkelse. Derfor er det vigtigt at undersøge, hvordan opgavebetingelser, specifikt opgavekompleksitet, påvirker bevægelsesstrategier hos personer med motorisk svækkelse efter slagtilfælde. Denne foreslåede undersøgelsesprotokol vil undersøge virkningen af opgavebetingelser på målrettet arm nå kinematik hos ikke-handicappede voksne og slagtilfælde overlevende. Formålet med denne protokol er dobbelt: 1) at undersøge, om opgaven kompleksitet påvirker trunk kompensation og målrettet arm nå kinematik i kronisk slagtilfælde overlevende; 2) at afgøre, om denne protokol kan differentiere kinematik af mål-rettet arm når mellem ikke-handicappede voksne og kronisk slagtilfælde overlevende.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den institutionelle Review Board (IRB) af SUNY Upstate Medical University godkendt denne protokol.

1. Screening af deltagere

  1. Udfør alle forskningsmetoder med IRB-godkendelse ved Helsingfors-erklæringen.
  2. Rekruttere ikke-handicappede voksne, der ikke har nogen neurologiske eller muskuloskeletale problemer, der forhindrer øvre ekstremitet motoriske opgave ydeevne.
  3. Rekruttér kroniske slagtilfælde overlevende, hvis slagtilfælde debut er mindst seks måneder før studiedeltagelse, og som har mild-til-moderat øvre ekstremitet motorisk svækkelse, angivet ved Fugl-Meyer Vurdering af øvre ekstremitet score på 19 til 60 ud af 66, og kan udvide hemiparetic håndled og fingre mindst 10 grader frivilligt.
  4. Planlæg potentielle deltagere til at deltage i en dataindsamlingssession.
  5. Indhente skriftligt informeret samtykke fra alle forskningsdeltagere, før der indledes forsøgsprocedurer.
  6. Screen alle deltagere for deltagelse i undersøgelsen ved hjælp af spørgeskemaer vedrørende deres demografi, tidligere armskadehistorik, hånddominans og tillid til specifikke finhåndsmotoriske færdighedsopgaver.

2. Øvre ekstremitet Motor Outcome Foranstaltninger

  1. Udfør Perdue Pegboard-testen med standardprocedure10.
  2. Udfør Fugl-Meyer Assessment of Upper Extremity Motor (FMA-UE) ved hjælp af standardprocedure11,12.

3. Psykosociale og kognitive adfærdsvurderinger

  1. Få deltagerne til at udfylde følgende spørgeskemaer ved hjælp af online undersøgelsesplatformen: Edinburg Handedness Inventory; et spørgeskema til tidligere erfaringer med brugen af spisepinde. og et spørgeskema om selveffektivitet i brugen af spisepinde.

4. Forberedelse af målorienterede armudsendelsesopgaver

  1. Forbered bevægelsesoptagelseskamerasystemet til kinematisk optagelse.
    1. Kalibrer bevægelsesoptagelseskameraet ved hjælp af arbejdsstationssoftwaren til bevægelsesoptagelse.
    2. Indstil oprindelsen af verdenskoordinaten ved hjælp af software til motion capture-arbejdsstationer.
    3. Placer alle markør trekler på et bord i synsfeltet af motion capture kameraer og kontrollere, om alle markør trekler er inden for synsfeltet.
  2. Forbered motion capture dataopsamlingssoftwaren til at bygge skeletmodellen.
    1. Importer markørsættene fra arbejdsstationssoftwaren til hentning af bevægelsesoptagelser til bevægelsesoptagelse.
    2. Aktiver virtuelle sensorer (dvs. markør treklange).
    3. Sæt verdensøkser.
    4. Tildel virtuelle sensorer til karrosserisegmenter af skeletmodellen.
  3. Konfigurer målstyrede armudjævnelsesopgavebetingelser.
    1. Placer et bord i midten af bevægelsesoptagelseskameraernes synsfelt.
    2. Sæt den laminerede målstyrede arm nå skabelon papir på det udpegede område på bordet.
    3. Forbered et par spisepinde på bordet.
    4. Forbered dig på at afspille lydfilen med auditive signaler.
    5. Forbered opgaveinstruktionsscriptene.
    6. Test bevægelsesoptagelsessystemet for at sikre, at det fungerer korrekt.
  4. Konfigurer deltageren.
    1. Fastgør de reflekterende tuschtriader til huden på deltagerens arme, hænder og bagagerum. Brug følgende beskrivelse af markørtriadelokationerne:
      En markør triade til bagagerummet: mellem mediale grænser af scapulae
      En markør triade for hver overarm: i midten af sidefladen af overarmen
      En markør triade for hver underarm: i midten af underarmens dorsale overflade
      En markør triade for hver hånd: i midten af dorsale overflade af 3rd metakarpal knogle
    2. Forbered en spisepind med en markør triade.
    3. Placer en markør triade på et bord placeret midt i synsfeltet af motion capture kameraer.
    4. Digitaliser deltagerens kropssegmenter ved hjælp af en øvre endeled og trunk skeletmodel, der inkluderer følgende vartegn ved hjælp af software til registrering af bevægelsesdata:
      Øvre bagagerum: et sted mellem C7 og T1 ryghvirvler
      Nederste bagagerum: et sted mellem T12 og L1 ryghvirvler
      Skulder (glenohumeral fælles), to pletter lige langt fra midten af hovedet af humerus
      Albue: to pletter på den mediale og laterale albue, der er lige langt fra leddet centrum
      Håndled: to pletter på mediale og laterale håndled, der er lige langt fra den fælles center
      Hånd: spidsen af den tredje falanks af hver hånd
    5. Digitaliser spidsen af spisepinden med en markør triade ved hjælp af motion capture data acquisition software.
    6. Digitaliser hjemmepositionen og målpositionen ved hjælp af markørtriden, der er placeret på bordet ved hjælp af software til hentning af bevægelsesdata.

5. Udførelse af målorienterede armudsendelsesopgaver

  1. Placer deltageren i siddende stilling.
  2. Bed deltageren om at nå frem uden trunkbevægelse, og find derefter bordet for at placere målet på ca. 80% af deltagerens maksimale armafstand.
  3. Instruer deltageren om at opretholde den opretstående bagagerumsstilling i begyndelsen af hver opgaveydelse. Der vil ikke være nogen begrænsning for stammens bevægelser under opgavens ydeevne.
  4. Instruer deltageren i, hvordan man bruger spisepinde ved hjælp af en Youtube-video (https://youtu.be/2Bns2m5Bg4M) til at standardisere måden at bruge spisepinde på.
  5. Udfør opgavebetingelsen 1 - Nå og pege på et stort mål.
    1. Bed deltageren om at holde en spisepind med den dominerende hånd (ikke-handicappede voksne) eller paretisk hånd (slagtilfælde deltagere). Deltageren placerer spidsen af en spisepind, der berører midten af hjemmepositionen. Instruer deltageren om at opretholde den opretstående bagagerumsstilling i begyndelsen.
    2. Ret opgavebetingelsesskabelonpapiret i det angivne område på bordet. Skabelonpapiret indeholder to firkanter med et kryds i midten af hver firkant: en til hjemmepositionen og den anden til målområdet. For denne opgave er målfeltets størrelse 1 x 1 cm2. Målpositionen er placeret 20 foran hjemmepositionen.
    3. Beskriv opgaveinstruktionerne.
      1. Angiv følgende: "Målet med denne opgave er at nå og trykke på målområdet med spisepindens spids så hurtigt og præcist som muligt. Du skal holde en spisepind med din højre (eller venstre) [angive den udøvende hånd]. Placer spisepindens spids på hjemmepositionen [angiv hjemmepositionen]. Når du hører et 'GO'-signal, skal du nå og trykke på målet [angive målet] med spisepindens spids så hurtigt som muligt. Prøv at trykke på midten af målet så meget som du kan. Du har tre sekunder til at trykke på målet. Jeg vil give dig et 'STOP' signal 3 sekunder efter 'GO' signalet. Hvis du ikke trykkede på målet inden for 3 sekunder, skal du bringe spisepindens tip til hjemmepositionen og vente på den næste prøveperiode. Du vil udføre ti forsøg med en 10-sekunders pause mellem forsøg. Har du spørgsmål? [Adresser eventuelle spørgsmål, som deltageren har, og fortsæt derefter til en retssag om fortrolighed] Du vil have tre forsøg som en praksis. [Efter praksis forsøg, gå videre til den faktiske forsøg] Nu vil vi udføre faktiske forsøg. Prøv at nå og tryk så hurtigt du kan."
    4. Afspil lydfilen med det auditive signalsignal med en computer for at gøre deltageren fortrolig med køindikatoren.
    5. Udfør tre forsøg med fortrolighed.
    6. Bed deltageren om at være klar til opgavens ydeevne. Sørg for, at deltageren fuldt ud forstår proceduren for opgaveydeevne.
    7. Start optagelse af bevægelsesoptagelse med software til hentning af bevægelsesdata.
    8. Afspil lydfilen med en computer med auditive signaler.
    9. Udfør 10 forsøg.
    10. Stop optagelse af bevægelsesoptagelse.
    11. Tag en pause på to minutter.
  6. Udfør opgavebetingelsen 2 - Nå og pege på et lille mål.
    1. Bed deltageren om at holde en spisepind med den dominerende hånd (ikke-handicappede voksne) eller paretisk hånd (slagtilfælde deltagere). Deltageren placerer spidsen af en spisepind, der berører midten af hjemmepositionen. Bed deltageren om at opretholde den opretstående bagagerumsstilling i begyndelsen.
    2. Ret opgavebetingelsesskabelonpapiret i det angivne område på bordet. For denne opgave er målfeltets størrelse 0,3 X 0,3 cm2. Målpositionen er placeret 20 foran hjemmepositionen.
    3. Beskrivelse af opgaveinstruktionen.
      1. Angiv følgende: "Målet med denne opgave er det samme som den forrige opgave: Nå og tryk med spisepindens tip målet så hurtigt og præcist som muligt. Vi vil bruge et mindre mål [angive målet]. Instruktionen er den samme som den forrige opgave. Når du hører et 'GO'-signal, skal du nå og trykke på målet [angive målet] med spisepindens spids så hurtigt som muligt. Prøv at trykke på midten af målet så meget som du kan. Har du spørgsmål? [Adresser eventuelle spørgsmål, som deltageren har, og fortsæt derefter til en retssag om fortrolighed] Du vil have tre forsøg som en praksis. [Efter kendskab forsøg, gå videre til de faktiske forsøg] Nu vil vi udføre faktiske forsøg. Prøv at nå og tryk så hurtigt du kan."
    4. Afspil lydfilen med det auditive signalsignal med en computer for at gøre deltageren fortrolig med køindikatoren.
    5. Udfør tre forsøg med fortrolighed.
    6. Bed deltageren om at være klar til opgavens ydeevne. Sørg for, at deltageren fuldt ud forstår proceduren for opgaveydeevne.
    7. Start optagelse af bevægelsesoptagelse med software til hentning af bevægelsesdata.
    8. Afspil lydfilen med en computer med auditive signaler.
    9. Udfør 10 forsøg.
    10. Stop optagelse af bevægelsesoptagelse.
    11. Tag en pause på to minutter.
  7. Udføre opgavebetingelsen 3 - Nå og hente et stort målobjekt.
    1. Bed deltageren om at holde et par spisepinde med den dominerende hånd (ikke-handicappede voksne) eller paretisk hånd (slagtilfælde deltagere). Deltageren placerer spidsen af spisepinde, der rører ved midten af hjemmepositionen. Bed deltageren om at opretholde oprejst bagagerumsstilling i begyndelsen.
    2. Ret opgavebetingelsesskabelonpapiret i det angivne område på bordet. Til denne opgave er målobjektet en plastkube 1 cm på kanten. Målobjektet er placeret 20 foran hjemmepositionen.
    3. Placer målobjektet i målområdet.
    4. Beskriv opgaveinstruktionerne.
      1. Angiv følgende: "Målet med denne opgave er at nå og afhente en plastkube [angiver terningen] med et par spisepinde så hurtigt som muligt, omkring en tomme i højden uden at falde. Du vil holde et par spisepinde med din højre (eller venstre) [angive de udfører hånd]. Placer spisepindenes spidser på hjemmepositionen [angiv hjemmepositionen]. Når du hører et 'GO'-signal, skal du nå og hente terningen [angive målet] med spisepindene så hurtigt som du kan, omkring en tomme i højden. Du har tre sekunder til at hente målet. Jeg vil give dig et 'STOP' signal 3 sekunder efter 'GO' signalet. Hvis du ikke afhente målet inden for 3 sekunder, bringe spisepinde 'tips til hjemmet position og vente på den næste retssag. Du vil udføre ti forsøg med en 10-sekunders pause mellem forsøg. Har du spørgsmål? [Adresser eventuelle spørgsmål, som deltageren har, og fortsæt derefter til en retssag om fortrolighed] Du vil have tre forsøg som en praksis. [Efter kendskab forsøg, gå videre til de faktiske forsøg] Nu vil vi udføre faktiske forsøg. Prøv at nå og hente så hurtigt som muligt."
    5. Afspil lydfilen med det auditive signalsignal med en computer for at gøre deltageren fortrolig med køindikatoren.
    6. Udfør tre forsøg med fortrolighed.
    7. Bed deltageren om at være klar til opgavens ydeevne. Sørg for, at deltageren fuldt ud forstår proceduren for opgaveydeevne.
    8. Start optagelse af bevægelsesoptagelse med software til hentning af bevægelsesdata.
    9. Afspil lydfilen med en computer med auditive signaler.
    10. Udfør 10 forsøg.
    11. Stop optagelse af bevægelsesoptagelse.
    12. Tag en pause på to minutter.
  8. Udføre opgavebetingelsen 4 - Nå og hente et lille målobjekt.
    1. Bed deltageren om at holde et par spisepinde med den dominerende hånd (ikke-handicappede voksne) eller paretisk hånd (slagtilfælde deltagere). Deltageren placerer spidsen af spisepinde, der rører ved midten af hjemmepositionen. Bed deltageren om at opretholde oprejst bagagerumsstilling i begyndelsen.
    2. Ret opgavebetingelsesskabelonpapiret i det angivne område på bordet. Til denne opgave er målobjektet en plastkube 0,3 cm på kanten. Målobjektet er placeret 20 foran hjemmepositionen.
    3. Placer målobjektet i målområdet.
    4. Beskriv opgaveinstruktionerne.
      1. Angiv følgende: "Målet med denne opgave er det samme som den forrige opgave: nå og afhente en plastkube med et par spisepinde så hurtigt som du kan. Vi vil bruge en mindre plast terning [angive målet]. Instruktionen er den samme som den forrige opgave. Når du hører et 'GO'-signal, skal du nå og hente terningen [angive målet] med spisepinde så hurtigt som muligt. Har du spørgsmål? [Adresser eventuelle spørgsmål, som deltageren har, og fortsæt derefter til en retssag om fortrolighed] Du vil have tre forsøg som en praksis. [Efter kendskab forsøg, gå videre til de faktiske forsøg] Nu vil vi udføre faktiske forsøg. Prøv at nå og tryk så hurtigt du kan."
    5. Afspil lydfilen med det auditive signalsignal med en computer for at gøre deltageren fortrolig med køindikatoren.
    6. Udfør tre forsøg med fortrolighed.
    7. Bed deltageren om at være klar til opgavens ydeevne. Sørg for, at deltageren fuldt ud forstår proceduren for opgaveydeevne.
    8. Start optagelse af bevægelsesoptagelse med software til hentning af bevægelsesdata.
    9. Afspil lydfilen med en computer med auditive signaler.
    10. Udfør de faktiske 10 forsøg.
    11. Stop optagelse af bevægelsesoptagelse.
    12. Tag en pause på to minutter.
  9. Udfør IMI (Intrinsic Motivation Inventory) til brug af spisepinde ved hjælp af online undersøgelsesplatform.

6. Kinematisk dataanalyse

  1. Eksporter dataene fra følgende vartegn fra software til hentning af bevægelsesdata. Eksporter placeringsdata i x-, y- og z-akserne som en tekstfil for hver opgavebetingelse.
    Spidsen af en spisepind
    Hjemmeposition på bordet
    Målposition på bordet
    hænder
    Albueled
    Skulderled (glenohumeral leddene)
    Trunk (ved C7)
  2. Forarbejder de kinematiske data.
    1. Brug brugerdefineret programmeringsscript til at behandle de kinematiske data.
    2. Filtrer og glat de rå positionsdata ved hjælp af et3-rd-ordre Butterworth lavpasfilter med en 3 Hz cutoff.
    3. Beregn den resulterende x-, y- og z-direction position af den udførende hånd.
  3. Bestem bevægelsesdesæt og forskydning af hver målstyret rækkevidde af armen.
    1. For at bestemme den nånde bevægelse, der er indsat og forskydning, skal du bruge den tangentielle hastighed (det første derivat af positionsdata) fra den resulterende af den 3-dimensionelle position af den udførende hånd.
    2. Definer bevægelsesdesæt som den første ramme for rækkevidden, hvor tangentiel hastighed er over 0,01 m/s.
    3. Definer bevægelsesforskydning som den sidste ramme i rækkevidden, hvor tangentiel hastighed er over 0,01 m/s.
    4. Undersøg den enkeltes bevægelsesdele og forskydning visuelt for at sikre, at starten og forskydningen er korrekt mærket.
  4. Bestem tophastigheden. Tophastigheden defineres som den maksimale tangentielle hastighedsforstærker for forsøget, der overstiger amplituden på 0,2 m/s, og tidsintervallet mellem 2 toppe skal være mindst 2 sekunder13.
  5. Beregn kinemiske variabler for at nå bevægelser.
    1. Beregn bevægelsesvarighed (MD). Beregn tidsforskellen mellem bevægelsesdesæt og forskydning13.
    2. Beregn tophastighed (PV). Beregn den højeste hastighed under hver af rækkevidderne.
    3. Den absolutte og relative tid til spidsbelastningshastigheden (TTPV og TTPV % af bevægelsesvarigheden)beregnes 13.
      1. Beregn tidsforskellen mellem bevægelsesdesæt og tophastighed (absolut TTPV).
      2. Beregne procentdelen af TTPV i forhold til bevægelsesvarigheden (relativ TTPV).
    4. Beregn log dimensionsløs ryk.
      1. Beregn det tredje afledte fra den resulterende af den 3-dimensionelle position af den udførende hånd, og beregn derefter logdimensionless ryk af hver arm nå bevægelse.
    5. Beregn trunk forskydning under mål-rettet arm nå bevægelse9,14.
      1. Beregn forskydningen af stammen.
        1. Beregn afstandsforskellen for stammens vartegn mellem bevægelsesdeset og forskydningen. Brug følgende ligning.
          Equation 1
          Hvor X, Y og Z er de oprindelige vartegn positioner i x-, y-, og z-akse, henholdsvis; 1 er tidsrammen ved den nåete bevægelse debut; k er tidsrammen ved den nå bevægelsesforskydning.
      2. Beregn skulder bane længde.
        1. Beregn skulder vartegn rejseafstand mellem arm nå bevægelse debut og offset. Skulderen vartegn er en virtuel vartegn digitaliseret fra motion capture data erhvervelse software ved hjælp af den øvre ekstremitet skelet model. Brug følgende ligning til beregning af skulderbanelængden.
          Equation 2
          Hvor X, Y og Z er placeringen af skulderens vartegn i henholdsvis x-, y-og z-aksen t er tidsrammen; t=1 er tidsrammen ved den nåete bevægelsesdestiller. t=k er tidsrammen ved den opnåe bevægelsesforskydning

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Disse resultater er foreløbige data fra to ikke-handicappede unge voksne og to kroniske slagtilfælde overlevende med mild motorisk svækkelse (Fugl-Meyer Snesevis af disse to deltagere var over 60 ud af 66). Ikke-handicappede deltagere var højrehåndede og udførte opgaverne med deres højre hånd. Stroke deltagere var også højrehåndet før slagtilfælde, og begge havde ret hemiparesis. De udførte også opgaven med deres højre hånd. Disse kinematiske variabler mellem populationer og mellem målbetingelser blev sammenlignet ved hjælp af Wilcoxon signeret-rank test.

Skulderbanelængde er et mere følsomt mål for erstatning af bagagerum under målstyrede armudløb (figur 1). Stammen forskydning og skulder bane længde blev sammenlignet med at afgøre, hvilken variabel ville være mere hensigtsmæssigt at repræsentere trunk kompensation under mål-rettet arm når. Der var ingen signifikant forskel i trunk forskydning mellem ikke-handicappede voksne og kronisk slagtilfælde overlevende i alle fire opgave betingelser. Der var dog en betydeligt større skulderbanelængde for kroniske slagtilfælde overlevende end ikke-handicappede voksne for at nå og afhente opgaver.

Kroniske slagtilfælde overlevende havde forskellige kinematiske karakteristika mål-rettet arm når end ikke-handicappede unge voksne på tværs af forskellige opgave betingelser(Figur 2). Kroniske slagtilfælde overlevende viste betydeligt langsommere (Figur 2A & B), mere feedback-afhængige ( Figur2C), og jerkier(Figur 2D)mål-rettet arm når på tværs af fire forskellige opgave betingelser i forhold til ikke-handicappede voksne. Desuden viste kroniske slagtilfælde overlevende betydeligt mere trunk kompensation end ikke-handicappede voksne under målrettet arm når(Figur 2E).

Opgavens kompleksitet påvirkede kinematiske variabler for målstyret armudsendelsesbevægelse(figur 2 og 3). Både ikke-handicappede voksne og kroniske slagtilfælde overlevende demonstreret langsommere, feedback-afhængige, og jerkier mål-rettet arm rækker ud efter de mere komplekse opgave, der kræver større hånd fingerfærdighed end den simple peger opgave (Figur 2). Der var ingen forskel i skulderbanelængden mellem to populationer for pegerederne, mens de overlevende efter slagtilfælde viste betydeligt større skulderbanelængde end ikke-handicappede unge voksne til optagningsopgaverne (figur 2). Desuden havde motorydelsen større variation på tværs af forsøg med den mere komplekse opgave sammenlignet med simper-opgaven (figur 3).

Figure 1
Figur 1. Sammenligning af to forskellige kinematiske foranstaltninger af trunk kompensation under målrettet arm når. Grønne violinplotter angiver skulderbanens længde, og røde violinplotter viser trunkforskydningen. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2. Sammenligning af målstyret arm nå kinematik i forskellige opgave betingelser mellem ikke-handicappede voksne og kronisk slagtilfælde overlevende. (A)Bevægelsesvarighed. Røde boxplots er data for kroniske slagtilfælde deltagere, og blå boxplots er data for ikke-handicappede voksne. (B) Amplitude med maksimal hastighed. (C) Relativ tid til spidsbelastning. Denne variabel er tiden til at toppe hastigheden som en procentdel af bevægelsesvarigheden. (D) Log dimensionless ryk. Denne variabel angiver bevægelsens glathed. En højere negativ værdi i denne variabel betyder en rykkerbevægelse. (E)Skulderbanelængde. Denne variabel angiver mængden af trunk kompensation under mål-rettet arm når i alle x-, y-og z-retninger. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3. Visualisering af målstyret arm nå kinematik. (A) Mål-rettet arm nå resultater af rækkevidde og punkt opgave med et stort mål. (B) Mål-rettet arm nå udførelsen af rækkevidde og afhente opgave med et stort objekt. Positioner af skulder, albue, hånd og spids af en spisepind vartegn er visualiseret med farvede prikker for alle ti arm nå forsøg for opgaven betingelse. Positioner af disse vartegn, arm og hånd ved bevægelsen debut og offset er fremhævet i lilla og orange, henholdsvis. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Foreløbige resultater understøtter, at denne protokol kan være hensigtsmæssig at undersøge virkningen af opgavens kompleksitet på trunk kompensation og målrettet arm nå kinematik i både ikke-handicappede voksne og kronisk slagtilfælde overlevende.

Disse repræsentative resultater understøtter også, at denne protokol kan være hensigtsmæssig til at bestemme de kinematiske forskelle i målstyrede arm når mellem ikke-handicappede voksne og kroniske slagtilfælde overlevende. Disse resultater er i overensstemmelse med tidligere undersøgelser, der karakteriserede målstyrede arm når kroniske slagtilfælde overlevende som langsommere, jerkier, og mere feedback-baserede bevægelser i forhold til ikke-handicappede kontrol9,13,14.

I denne foreløbige undersøgelse blev der ansat en fin håndmotoropgave ved hjælp af et par spisepinde. Picking up et lille objekt ved hjælp af et par spisepinde kræver et højt niveau af hånd fingerfærdighed15,16. Denne opgave er blevet brugt i tidligere undersøgelser til at undersøge hjernens funktion under udførelsen af finhåndsmotoriske opgaver15,16,17. Desuden kan objektet pick-up opgave ved hjælp af et par spisepinde også bruges som en intervention for at forbedre fin hånd motoriske færdigheder i neurologiske populationer18,19,20. Disse foreløbige resultater understøtter, at personer med mild overekstremitet motorisk svækkelse efter strøg kan udføre objektopsparingsopgaven ved hjælp af et par spisepinde.

Disse repræsentative resultater understøtter brugen af denne protokol til at undersøge opgavens kompleksitets indvirkning på bevægelsesstrategier hos både ikke-handicappede voksne og personer efter slagtilfælde. En hypotese om, at kronisk slagtilfælde overlevende vil udnytte mere trunk kompensation for en mere kompleks motorisk opgave er blevet testet med to ikke-handicappede voksne og to kroniske slagtilfælde overlevende. Foreløbig dataanalyse undersøgte den nånde del (transport af hånden) af motoropgavens ydeevne. Disse resultater understøtter, at folk anvender forskellige målstyrede arm nå bevægelse strategier for forskellige opgaver. Specifikt, både ikke-handicappede personer og kronisk slagtilfælde overlevende planlægge bevægelsen forskelligt, når de har forskellige opgave mål. For at nå og pege opgave, er det endelige mål at trykke på målet med spidsen af en spisepind. På den anden side er målet med objektets afhentningsopgave at manipulere spisepindene for at hente objektet nøjagtigt. Objektopsendelsesopgaven kræver således et mere præcist slutpunkt for spisepindespidsen. Øgede krav til slutpunktspositionens nøjagtighed resulterer i, at deltageren bevæger sig langsommere for at styre slutpunktseffekten mere præcist. Således er det sået, at deltagerne var mere afhængige af feedback-baseret kontrol af den målstyrede arm rækker til objektet pick-up opgave i forhold til peger opgave. Desuden kan det ved at bruge mere trunkkompensation til objektopsendelsesopgaven end pegeropgaven være en motorisk kontrolstrategi for at forbedre slutpunktseffekten eller kontrollere nøjagtigheden ved at reducere frihedsgraden i den øvre ende. 1 Ved at anvende kompenserende trunkbevægelser reduceres behovet for at kontrollere mere komplekse frihedsgrader i skulder- og albueleddene. Med andre ord vil øget trunk kompensation under udførelsen af mere komplekse motoriske opgaver øge sandsynligheden for udførelsen af opgaven mål.

Disse foreløbige resultater understøtter, at skulderen bane længde er en mere følsom måling af trunk kompensation under mål-rettet arm når i kronisk slagtilfælde overlevende. Selvom trunkforskydning er den mest almindelige kinematiske variabel i den nuværende litteratur, har den en betydelig begrænsning i at repræsentere trunkkompensation under målstyret arm når9,14. Mens stammen forskydning fanger trunk fleksion, trunk kompensation under armen når kan opnås ved en kombination af trunk fleksion, rotation, og lateral fleksion. Disse foreløbige resultater viste mere kontrast i skulderen bane længde mellem ikke-handicappede voksne og kronisk slagtilfælde overlevende i forhold til stammen forskydning foranstaltning. Således foreslår denne protokol skulder bane længde, som er skulderen vartegn 's (lateral ende af kravebenet) rejseafstand mellem arm nå bevægelse debut og offset, rapporteres at karakterisere kompenserende stammen bevægelse under mål-rettet arm nå ydeevne. Fremtidige undersøgelser med større stikprøvestørrelse bør gennemføres for at bestemme egenskaberne af denne nye trunk kompensation foranstaltning.

Selvom vores repræsentative resultater understøtter denne protokols værktøj, bør forskere være forsigtige med at bruge denne protokol til at undersøge forholdet mellem opgaveforhold og arm nå bevægelse kinematik hos kroniske slagtilfælde overlevende. Objektet pick-up opgave ved hjælp af spisepinde ville ikke være hensigtsmæssigt for kroniske slagtilfælde overlevende med moderat til svær øvre ekstremitet motorisk svækkelse som personer med større sværhedsgrad af hånd finmotorisk svækkelse kan have for meget svært ved at udføre denne opgave. Specifikt var det mindre objekt, der blev brugt i denne undersøgelse, en plastkube 3 mm på kanten. Picking up denne lille objekt kan være for svært at udføre for dem, der har svær hånd motorisk svækkelse, selv med fingrene. Alternativt foreslår vi at bruge en pincet i stedet for spisepinde til at udføre objektet pick-up opgave, hvis denne protokol skulle bruges til en forskningsundersøgelse med post-takts personer med mere alvorlige hånd motorisk svækkelse. Objektopsendende opgave ved hjælp af en pincet er blevet brugt i tidligere undersøgelser. 18,19 Den pincet motor opgave kræver lignende niveau af hånd fingerfærdighed for spisepind motor opgave, men lettere end spisepind opgave, og det ville være mere muligt for post-takts personer med svær øvre ekstremitet motorisk svækkelse. 18 år

Den øgede trunkkompensation i objektopsendelsesopgaven ved hjælp af spisepinde kan påvirkes af opgavens nyhed for deltagerne, da en motorisk kontrolstrategi for en ny opgave fastfryser nogle frihedsgrader, og alle deltagerne i denne forundersøgelse ikke havde nogen eller ringe erfaring med brugen af spisepinde21. Brugen af trunk bevægelser er forbundet med reducerede grader af frihed i skulder og albue leddene. Således kan kompenserende trunk bevægelse under objektet pick-up opgave anvendes til at reducere frihedsgrader og gøre den nå bevægelse mere kontrollerbar for at nå opgaven mål. Derfor kan øget trunkkompensation i objektopsendende opgave i forhold til pegereopgaven være relateret til opgavens nyhed til deltagerne.

Repræsentative resultater er fra et lille antal deltagere. Der bør således gennemføres større kliniske undersøgelser for at demonstrere denne protokols effektivitet og anvendelighed til at undersøge forholdet mellem motoriske opgaveforhold og bevægelsesstrategier hos kroniske slagtilfældeoverlevere.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen afsløring.

Acknowledgments

Forfatterne ønsker at sætte pris på Christopher Neville, Girolamo Mammolito, og F. Jerome Pabulayan for deres vitale bidrag til udviklingen af denne protokol og dataindsamling.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
A pair of chopsticks NA NA 20 cm length, one chopstick had the passive motion capture markers (custom made)
Auditory cues for motor tasks NA NA Custom made audio file are played on a smart phone
Matlab R2018b software Mathworks
MotionMonitor v 8.52 Software Innovative Sports Training, Inc., Chicago, IL
Perdue Pegboard Test
Plastic cubes (0.3 cm on edge) NA NA Custom made plastic cubes with 0.3 cm on edge. These were made using 3D printer
Plastic cubes (1cm on edge) NA NA Custom made plastic cubes with 1 cm on edge. These were made using 3D printer
Template print NA NA Custom made templates of the motor tasks, including home position, outlines of target positions.
Vicon 512 Motion-analysis System and Work station v5.2 software OMG plc, Oxford, UK

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Spinazzola, L. Impairments of trunk movements following left or right hemisphere lesions: dissociation between apraxic errors and postural instability. Brain. 126 (12), 2656-2666 (2003).
  2. Michaelsen, S. M., Jacobs, S., Roby-Brami, A., Levin, M. F. Compensation for distal impairments of grasping in adults with hemiparesis. Experimental Brain Research. 157 (2), 162-173 (2004).
  3. Saposnik, G., Levin, M. SORCan SORC. Virtual Reality in Stroke Rehabilitation A Meta-Analysis and Implications for Clinicians. Stroke. 42 (5), 1380-1386 (2011).
  4. Levin, M. F., Snir, O., Liebermann, D. G., Weingarden, H., Weiss, P. L. Virtual Reality Versus Conventional Treatment of Reaching Ability in Chronic Stroke: Clinical Feasibility Study. Neurology and Therapy. 1 (1), 3 (2012).
  5. Knaut, L. A., Subramanian, S. K., McFadyen, B. J., Bourbonnais, D., Levin, M. F. Kinematics of pointing movements made in a virtual versus a physical 3-dimensional environment in healthy and stroke subjects. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 90 (5), 793-802 (2009).
  6. Mastos, M., Miller, K., Eliasson, A. C., Imms, C., Mastos, M., Eliasson, A. C., Imms, C. M. K., Mastos Miller, K., Eliasson, A. C., Imms, C. M. Goal-directed training: linking theories of treatment to clinical practice for improved functional activities in daily life. Clinical Rehabilitation. 21 (1), 47-55 (2007).
  7. Harris, C. M., Wolpert, D. M. Signal-dependent noise determines motor planning. Nature. 394, 780-784 (1998).
  8. Gentilucci, M. Object motor representation and reaching-grasping control. Neuropsychologia. 40 (8), 1139-1153 (2002).
  9. Subramanian, S. K., Yamanaka, J., Chilingaryan, G., Levin, M. F. Validity of Movement Pattern Kinematics as Measures of Arm Motor Impairment Poststroke. Stroke. 41 (10), 2303-2308 (2010).
  10. Strenge, H., Niederberger, U., Seelhorst, U. Correlation between Tests of Attention and Performance on Grooved and Purdue Pegboards in Normal Subjects. Perceptual and Motor Skills. 95 (2), 507-514 (2002).
  11. Lin, J. -H., Hsu, M. -J., Sheu, C. -F., et al. Psychometric comparisons of 4 measures for assessing upper-extremity function in people with stroke. Physical Therapy. 89 (8), 840-850 (2009).
  12. See, J., Dodakian, L., Chou, C., et al. A standardized approach to the fugl-meyer assessment and its implications for clinical trials. Neurorehabilitation and Neural Repair. 27 (8), 732-741 (2013).
  13. Murphy, M. A., Willén, C., Sunnerhagen, K. S. Kinematic Variables Quantifying Upper-Extremity Performance After Stroke During Reaching and Drinking From a Glass. Neurorehabilitation and Neural Repair. 25 (1), 71-80 (2011).
  14. Michaelsen, S. M., Jacobs, S., Roby-Brami, A., Levin, M. F. Compensation for distal impairments of grasping in adults with hemiparesis. Experimental Brain Research. 157, 162-173 (2004).
  15. Järveläinen, J., Schürmann, M., Hari, R., Jarvelainen, J., Schurmann, M., Hari, R. Activation of the human primary motor cortex during observation of tool use. Neuroimage. 23 (1), 187-192 (2004).
  16. Imazu, S., Sugio, T., Tanaka, S., Inui, T. Differences between actual and imagined usage of chopsticks: An fMRI study. Cortex. 43 (3), 301-307 (2007).
  17. Ishii, R., Schulz, M., Xjang, J., et al. MEG study of lang-term cortical reoganization of senorimotor areas with respect to using chopsticks. Neuroreport. 13 (16), 2155-2159 (2002).
  18. Chen, H. M., Chang, J. J. The skill components of a therapeutic chopsticks task and their relationship with hand function tests. Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 15 (12), 704-709 (1999).
  19. Shin, S., Demura, S., Aoki, H. Effects of prior use of chopsticks on two different types of dexterity tests: Moving Beans Test and Purdue Pegboard. Perceptual and Motor Skills. 108 (2), 392-398 (2009).
  20. Ma, H. -i, Trombly, C. A., Robinson-Podolski, C. The Effect of Context on Skill Acquisition and Transfer. American Journal of Occupational Therapy. 53 (2), 138-144 (1999).
  21. Rosenbaum, D. A., Engelbrecht, S. E., Bushe, M. M., Loukopoulos, L. D. Knowledge Model for Selecting and Producing Reaching Movements. Journal of Motor Behavior. 25 (3), 217-227 (1993).

Tags

Neurovidenskab Stroke Rehabilitering kompenserende bevægelse strategier opgave betingelser kronisk slagtilfælde kinematik bevægelse analyse øvre ekstremitet fin hånd motorisk kontrol
Virkningen af Motor Task Betingelser på målrettet Arm Nå Kinematics og Trunk Kompensation i kroniske Stroke Survivors
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Girnis, J., Agag, T., Nobiling, T.,… More

Girnis, J., Agag, T., Nobiling, T., Sweet, V., Kim, B. The Impact of Motor Task Conditions on Goal-Directed Arm Reaching Kinematics and Trunk Compensation in Chronic Stroke Survivors. J. Vis. Exp. (171), e61940, doi:10.3791/61940 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter