Summary
Denne protokollen er ment å undersøke virkningen av oppgaveforhold på bevegelsesstrategier hos kroniske slagoverlevere. Videre kan denne protokollen brukes til å undersøke om en begrensning i albueforlengelse indusert av nevromuskulær elektrisk stimulering forårsaker trunkkompensasjon under målstyrt arm når hos ikke-funksjonshemmede voksne.
Abstract
Trunk kompensasjon er den vanligste bevegelsesstrategien for å erstatte øvre ekstremitet (UE) motorunderskudd hos kroniske slagoverlevere. Det er mangel på bevis som undersøker hvordan oppgaveforholdene påvirker trunkkompensasjon og målstyrt arm som når kinematikk. Denne protokollen tar sikte på å undersøke virkningen av oppgaveforhold, inkludert oppgavevansker og kompleksitet, på målstyrt arm som når kinematikk. To ikke-funksjonshemmede unge voksne og to kroniske slagoverlevere med mild UE-motorisk svekkelse ble rekruttert for å teste protokollen. Hver deltaker utførte målstyrte arm når med fire forskjellige oppgaveforhold (2 oppgavevansker [store kontra små mål] X 2 oppgavekompleksiteter [peker vs. plukke opp]). Oppgavemålet var å nå og peke på et mål eller plukke opp et objekt som ligger 20 cm foran hjemmeposisjonen så raskt som mulig med henholdsvis en pekepenn eller et par spisepinner som svar på et auditivt signal. Deltakerne som utførte ti når per oppgavebetingelse. Et 3-dimensjonalt bevegelsesfangstkamerasystem ble brukt til å ta opp trunk og arm kinematikk. Representative resultater viste at det var en betydelig økning i bevegelsesvarighet, bevegelses jerkiness og trunkkompensasjon som en funksjon av oppgavekompleksitet, men ikke oppgavevansker hos alle deltakere. Kroniske slagoverlevere viste betydelig langsommere, rykkete og mer feedback-avhengige arm når og betydelig mer kompenserende trunk bevegelser enn ikke-funksjonshemmede voksne. Våre representative resultater støtter at denne protokollen kan brukes til å undersøke virkningen av oppgaveforhold på motoriske kontrollstrategier hos kroniske slagoverlevere med mild UE-motorisk svekkelse.
Introduction
Trunk bevegelse er den vanligste strategien for å kompensere for begrensede frihetsgrader i albuen og skulderen hos personer med post-stroke øvre ekstremitet (UE) motorunderskudd1,2. Tidligere studier har vist at etterslagspersoner bruker forskjellige bevegelsesstrategier i forskjellige motoriske oppgavemiljøer3,4,5. Dynamisk systemmotorstyringsteori forklarer at bevegelser kommer fra interne individuelle faktorer og eksterne faktorer, for eksempel oppgaveforhold og miljø6. Videre forklarer Fitts lov forholdet mellom oppgavevansker og bevegelseshastighet, med en tendens til å utføre vanskeligere oppgaver med lavere hastigheter7. Når det gjelder målstyrte arm som nådde oppgaver, rapporterte Gentilucci at folk bremser sine nåbevegelser når de når og griper et mindre objekt sammenlignet med et større objekt8. Effekten av oppgavekompleksitet på målstyrt arm som når kinematikk og kompenserende bevegelsesstrategier hos kroniske slagoverlevere, er imidlertid ikke godt forstått. En tidligere studie som undersøkte peke- og gripeoppgaver hos kroniske slagoverlevere, viste at forskjeller i kinematiske variabler mellom to ulike oppgaver forklarte forskjeller i UE-motorisk svekkelse målt ved Fugl-Meyer Upper Extremity Score9. Denne studien sammenlignet imidlertid ikke direkte hvordan bevegelsesstrategier er forskjellige når det gjelder kinematiske variabler mellom å peke og gripe oppgaver. En bedre forståelse av virkningen av oppgaveforhold på kompenserende bevegelsesstrategier med hensyn til individ motorisk svekkelsesnivå er avgjørende for å designe effektive behandlingsøkter for å minimere kompenserende bevegelser og maksimere restitusjon av motorisk svekkelse. Derfor er det viktig å undersøke hvordan oppgaveforhold, spesielt oppgavekompleksitet, påvirker bevegelsesstrategier hos personer med motorisk svekkelse etter hjerneslag. Denne foreslåtte studieprotokollen vil undersøke virkningen av oppgaveforhold på målstyrt arm som når kinematikk hos ikke-funksjonshemmede voksne og slagoverlevere. Målene med denne protokollen er todelt: 1) å undersøke om oppgaven kompleksitet påvirker trunk kompensasjon og målrettet arm nå kinematikk i kroniske slag overlevende; 2) å avgjøre om denne protokollen kan skille kinematikken til målstyrt arm når mellom ikke-funksjonshemmede voksne og kroniske slagoverlevere.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Institutional Review Board (IRB) ved SUNY Upstate Medical University godkjente denne protokollen.
1. Deltakerscreening
- Utfør alle forskningsmetoder med IRB-godkjenning av Helsinkideklarasjonen.
- Rekrutter ikke-funksjonshemmede voksne som ikke har nevrologiske eller muskuloskeletale problemer som forhindrer motorisk oppgaveytelse i øvre ekstremitet.
- Rekrutter kroniske slagoverlevere hvis slagde begynnelse er minst seks måneder før studiedeltakelse og som har mild til moderat motorisk svekkelse i øvre ekstremiteter, indikert av Fugl-Meyer Vurdering av øvre ekstremitetspoeng på 19 til 60 av 66, og kan forlenge hemiparetisk håndledd og fingre minst 10 grader frivillig.
- Planlegg at potensielle deltakere skal delta på en datainnsamlingsøkt.
- Innhente skriftlig informert samtykke fra alle forskningsdeltakere før du starter eksperimentelle prosedyrer.
- Screen alle deltakere for studiedeltakelsesberettigelse ved hjelp av spørreskjemaer om deres demografi, tidligere armskadehistorikk, hånddominans og tillit til spesifikke fine håndmotoriske ferdighetsoppgaver.
2. Øvre ekstremitet Motor utfallstiltak
- Utfør Perdue Pegboard Test med standardprosedyre10.
- Utfør Fugl-Meyer-vurderingen av øvre ekstremitetsmotor (FMA-UE) ved hjelp av standardprosedyren11,12.
3. Psykososiale og kognitive atferdsmessige vurderinger
- Be deltakerne fylle ut følgende spørreskjemaer ved hjelp av den elektroniske undersøkelsesplattformen: Edinburg Handedness Inventory; et spørreskjema for tidligere erfaring om bruk av spisepinner.; og et selveffektivt spørreskjema for bruk av spisepinner.
4. Forberedelse av målstyrte arm som når oppgaver
- Klargjør kamerasystemet for bevegelsesopptak for kinematisk opptak.
- Kalibrer bevegelsesopptakskameraet ved hjelp av programvaren for bevegelsesopptaksarbeidsstasjonen.
- Angi opprinnelsen til verdenskoordinaten ved hjelp av programvaren for bevegelsesfangstarbeidsstasjoner.
- Plasser alle markørtriader på et bord i bevegelseskameraenes synsfelt, og sjekk om alle markørtriadene er innenfor synsfeltet.
- Forbered programvaren for innsamling av data for bevegelsesfangst for å bygge skjelettmodellen.
- Importer indikatorsettene fra programvaren for motion capture-arbeidsstasjonen til programvaren for innsamling av data for bevegelsesfangst.
- Aktiver virtuelle sensorer (dvs. markørtriader).
- Sett verdensakser.
- Tilordne virtuelle sensorer til kroppssegmenter av skjelettmodellen.
- Sett opp målstyrte arm som når oppgaveforholdene.
- Plasser et bord midt i bevegelsesfangstkameraenes synsfelt.
- Legg den laminerte målstyrte armen som når malpapir på det angitte området på bordet.
- Forbered et par spisepinner på bordet.
- Forbered deg på å spille av den hørbare bunke lydfilen.
- Klargjør skriptene for oppgaveinstruksjon.
- Test bevegelsesfangstsystemet for å sikre at det fungerer som det skal.
- Sett opp deltakeren.
- Fest refleksmarkørtriadene til huden på deltakerens armer, hender og bagasjerom. Bruk følgende beskrivelse av markørtriadeplasseringene:
En markørtriade for stammen: mellom medial grenser av scapulae
En markørtriade for hver overarm: i midten av den laterale overflaten av overarmen
En markørtriade for hver underarm: i midten av dorsaloverflaten på underarmen
En markørtriade for hver hånd: i midten av dorsaloverflaten på 3rd metakarpalbenet - Forbered en spisepinne med en markørtriade.
- Plasser en markørtriade på et bord som er plassert midt i synsfeltet til bevegelsesopptakskameraer.
- Digitaliser deltakerens kroppssegmenter ved hjelp av en øvre ekstremitetsfuger og trunk skjelettmodell som inkluderer følgende landemerker ved hjelp av programvaren for innsamling av bevegelsesfangstdata:
Øvre stamme: et sted mellom C7 og T1 ryggvirvler
Nedre stamme: et sted mellom T12 og L1 ryggvirvler
Skulder (glenohumeral ledd), to flekker likestilt fra midten av hodet av humerus
Albue: to flekker på medial og lateral albue som er likestilt fra fellessenteret
Håndledd: to flekker på medial og lateral håndledd som er likestilt fra fellessenteret
Hånd: spissen av den tredje phalanxen på hver hånd - Digitaliser spissen av spisepinnen med en markørtriade ved hjelp av programvaren for innsamling av bevegelsesfangstdata.
- Digitaliser hjemposisjonen og målposisjonen ved hjelp av markørtriaden som ligger på bordet ved hjelp av programvaren for innsamling av bevegelsesfangstdata.
- Fest refleksmarkørtriadene til huden på deltakerens armer, hender og bagasjerom. Bruk følgende beskrivelse av markørtriadeplasseringene:
5. Ytelse av målstyrte arm som når oppgaver
- Plasser deltakeren i en sittende stilling.
- Be deltakeren om å strekke seg fremover uten bagasjeromsbevegelse, og finn deretter bordet for å plassere målet på omtrent 80% av deltakerens maksimale arm som når avstand.
- Be deltakeren om å opprettholde den oppreiste bagasjerommet i begynnelsen av hver oppgaveytelse. Det vil ikke være noen begrensning på bagasjerommets bevegelser under oppgaveytelsen.
- Instruer deltakeren om hvordan man bruker spisepinner ved hjelp av en Youtube-video (https://youtu.be/2Bns2m5Bg4M) for å standardisere måten å bruke spisepinnene på.
- Utfør oppgavebetingelsen 1 – Nå og peke på et stort mål.
- Be deltakeren om å holde en spisepinne med den dominerende hånden (ikke-funksjonshemmede voksne) eller den paretiske hånden (slagdeltakere). Deltakeren vil plassere spissen av en spisepinne som berører midten av hjemmeposisjonen. Be deltakeren om å opprettholde den oppreiste bagasjerommet i begynnelsen.
- Rett opp oppgavebetingelsesmalpapiret på det angitte området på bordet. Malpapiret inneholder to firkanter med et kryss i midten av hver firkant: en for hjemmeposisjonen og den andre for målområdet. For denne oppgaven er mål kvadratstørrelsen 1 x 1 cm2. Målposisjonen ligger 20 foran hjemmeposisjonen.
- Beskriv oppgaveinstruksjonene.
- Oppgi følgende: "Målet med denne oppgaven er å nå og trykke på målområdet med spisepinnens spiss så raskt og nøyaktig som mulig. Du vil holde en spisepinne med høyre (eller venstre) [angi den utøvende hånden]. Plasser spisepinnespissen på hjemposisjonen [angi hjemmeposisjonen]. Når du hører et 'GO'-signal, nå og trykk på målet [angi målet] med spisepinnens spiss så raskt som mulig. Prøv å trykke på midten av målet så mye du kan. Du har tre sekunder på deg til å trykke på målet. Jeg vil gi deg et STOP-signal 3 sekunder etter 'GO'-signalet. Hvis du ikke trykket på målet innen 3 sekunder, tar du med spisepinnens spiss til hjemmeposisjonen og venter på neste prøveversjon. Du vil utføre ti forsøk med en 10-sekunders pause mellom prøvelser. Har du noen spørsmål? [Ta opp eventuelle spørsmål som deltakeren har, og fortsett deretter til prøveversjonen av familiarization] Du vil ha tre prøvelser som praksis. [Etter øvelsesforsøkene, fortsett til de faktiske prøvelsene] Nå skal vi utføre faktiske prøvelser. Prøv å nå og trykke så raskt du kan."
- Spill av lydsignallydfilen med en datamaskin for å gjøre deltakeren kjent med signalet.
- Utfør tre kjente forsøk.
- Be deltakeren være klar for oppgaveytelsen. Sørg for at deltakeren forstår prosedyren for oppgaveytelse fullt ut.
- Start opptak av bevegelsesopptak med programvaren for innsamling av data for bevegelsesopptak.
- Spill av lydsignal-lydfilen med en datamaskin.
- Utfør 10 forsøk.
- Stopp opptak av bevegelsesopptak.
- Ta en 2-minutters pause.
- Utfør oppgavebetingelsen 2 – Nå og peke på et lite mål.
- Be deltakeren om å holde en spisepinne med den dominerende hånden (ikke-funksjonshemmede voksne) eller den paretiske hånden (slagdeltakere). Deltakeren vil plassere spissen av en spisepinne som berører midten av hjemmeposisjonen. Be deltakeren om å opprettholde den oppreiste bagasjerommet i begynnelsen.
- Rett opp oppgavebetingelsesmalpapiret på det angitte området på bordet. For denne oppgaven er mål kvadratstørrelsen 0,3 X 0,3 cm2. Målposisjonen ligger 20 foran hjemmeposisjonen.
- Beskriv oppgaveinstruksjonen.
- Oppgi følgende: "Målet med denne oppgaven er det samme som forrige oppgave: nå og trykk med spisepinnens spiss målet så raskt og nøyaktig som du kan. Vi vil bruke et mindre mål [angi målet]. Instruksjonen er den samme som forrige oppgave. Når du hører et 'GO'-signal, nå og trykk på målet [angi målet] med spisepinnens spiss så raskt som mulig. Prøv å trykke på midten av målet så mye du kan. Har du noen spørsmål? [Ta opp eventuelle spørsmål som deltakeren har, og fortsett deretter til prøveversjonen av familiarization] Du vil ha tre prøvelser som praksis. [Etter de kjente forsøkene, fortsett til de faktiske forsøkene] Nå skal vi utføre faktiske prøvelser. Prøv å nå og trykke så raskt du kan."
- Spill av lydsignallydfilen med en datamaskin for å gjøre deltakeren kjent med signalet.
- Utfør tre kjente forsøk.
- Be deltakeren være klar for oppgaveytelsen. Sørg for at deltakeren forstår prosedyren for oppgaveytelse fullt ut.
- Start opptak av bevegelsesopptak med programvaren for innsamling av data for bevegelsesopptak.
- Spill av lydsignal-lydfilen med en datamaskin.
- Utfør 10 forsøk.
- Stopp opptak av bevegelsesopptak.
- Ta en 2-minutters pause.
- Utfør oppgavebetingelsen 3 – Nå og hente et stort målobjekt.
- Be deltakeren om å holde et par spisepinner med den dominerende hånden (ikke-funksjonshemmede voksne) eller den paretiske hånden (slagdeltakere). Deltakeren vil plassere tipsene til spisepinner som berører i midten av hjemmeposisjonen. Be deltakeren om å opprettholde oppreist bagasjeromsstilling i begynnelsen.
- Rett opp oppgavebetingelsesmalpapiret på det angitte området på bordet. For denne oppgaven er målobjektet en plastkube 1 cm på kanten. Målobjektet er plassert 20 foran hjemmeposisjonen.
- Plasser målobjektet på målområdet.
- Beskriv oppgaveinstruksjonene.
- Oppgi følgende: "Målet med denne oppgaven er å nå og plukke opp en plastkube [angi kuben] med et par spisepinner så raskt som mulig, omtrent en tomme i høyden uten å falle. Du vil holde et par spisepinner med høyre (eller venstre) [angi den utøvende hånden]. Plasser spisepinnenes spisser på hjemposisjonen [angi hjemmeposisjonen]. Når du hører et 'GO'-signal, nå og plukk opp kuben [angi målet] med spisepinnene så raskt du kan, omtrent en tomme i høyden. Du har tre sekunder på deg til å plukke opp målet. Jeg vil gi deg et STOP-signal 3 sekunder etter 'GO'-signalet. Hvis du ikke plukket opp målet innen 3 sekunder, ta med spisepinnens tips til hjemmeposisjonen og vent på neste prøve. Du vil utføre ti forsøk med en 10-sekunders pause mellom prøvelser. Har du noen spørsmål? [Ta opp eventuelle spørsmål som deltakeren har, og fortsett deretter til prøveversjonen av familiarization] Du vil ha tre prøvelser som praksis. [Etter de kjente forsøkene, fortsett til de faktiske forsøkene] Nå skal vi utføre faktiske prøvelser. Prøv å nå og plukke opp så raskt du kan. "
- Spill av lydsignallydfilen med en datamaskin for å gjøre deltakeren kjent med signalet.
- Utfør tre kjente forsøk.
- Be deltakeren være klar for oppgaveytelsen. Sørg for at deltakeren forstår prosedyren for oppgaveytelse fullt ut.
- Start opptak av bevegelsesopptak med programvaren for innsamling av data for bevegelsesopptak.
- Spill av lydsignal-lydfilen med en datamaskin.
- Utfør 10 forsøk.
- Stopp opptak av bevegelsesopptak.
- Ta en 2-minutters pause.
- Utfør oppgavebetingelsen 4 – Nå og hente et lite målobjekt.
- Be deltakeren om å holde et par spisepinner med den dominerende hånden (ikke-funksjonshemmede voksne) eller den paretiske hånden (slagdeltakere). Deltakeren vil plassere tipsene til spisepinner som berører i midten av hjemmeposisjonen. Be deltakeren om å opprettholde oppreist bagasjeromsstilling i begynnelsen.
- Rett opp oppgavebetingelsesmalpapiret på det angitte området på bordet. For denne oppgaven er målobjektet en plastkube 0,3 cm på kanten. Målobjektet er plassert 20 foran hjemmeposisjonen.
- Plasser målobjektet på målområdet.
- Beskriv oppgaveinstruksjonene.
- Oppgi følgende: "Målet med denne oppgaven er det samme som forrige oppgave: nå og plukk opp en plastkube med et par spisepinner så raskt du kan. Vi vil bruke en mindre plastkube [angi målet]. Instruksjonen er den samme som forrige oppgave. Når du hører et 'GO'-signal, nå og plukk opp kuben [angi målet] med spisepinner så raskt som mulig. Har du noen spørsmål? [Ta opp eventuelle spørsmål som deltakeren har, og fortsett deretter til prøveversjonen av familiarization] Du vil ha tre prøvelser som praksis. [Etter de kjente forsøkene, fortsett til de faktiske forsøkene] Nå skal vi utføre faktiske prøvelser. Prøv å nå og trykke så raskt du kan."
- Spill av lydsignallydfilen med en datamaskin for å gjøre deltakeren kjent med signalet.
- Utfør tre kjente forsøk.
- Be deltakeren være klar for oppgaveytelsen. Kontroller at deltakeren forstår prosedyren for oppgaveytelse fullt ut.
- Start opptak av bevegelsesopptak med programvaren for innsamling av data for bevegelsesopptak.
- Spill av lydsignal-lydfilen med en datamaskin.
- Utfør de faktiske 10 prøveversjonene.
- Stopp opptak av bevegelsesopptak.
- Ta en 2-minutters pause.
- Utfør intrinsisk motivasjonsbeholdning (IMI) for bruk av spisepinner ved hjelp av online undersøkelsesplattform.
6. Kinematisk dataanalyse
- Eksporter dataene for følgende landemerker fra programvaren for innsamling av data for bevegelsesfangst. Eksporter posisjonsdata i x-, y- og z-aksene som en tekstfil for hver oppgavebetingelse.
Tuppen av en spisepinne
Hjemposisjon på bordet
Målplassering i tabellen
Hender
Albue ledd
Skulderledd (glenohumerale ledd)
Bagasjerommet (ved C7) - Forhåndsbehandle de kinematiske dataene.
- Bruk egendefinert programmeringsskript til å behandle de kinematiske dataene.
- Filtrer og glatt ut råposisjonsdataene ved hjelp av en 3rd rekkefølge Butterworth low pass filter med en 3 Hz cutoff.
- Beregn resultatet av x-, y- og z-retningsposisjonen til den utøvende hånden.
- Bestem bevegelsesdesett og offset for hver målstyrte armrekke.
- For å bestemme den oppnående bevegelsen og forskyvningen, bruk tangentiell hastighet (det første derivatet av posisjonsdataene) fra den resulterende av den 3-dimensjonale posisjonen til den utøvende hånden.
- Definer bevegelsessett som den første rammen for rekkevidden, der den tangentielle hastigheten er over 0,01 m/s.
- Definer bevegelsesforskyvning som den siste rammen for rekkevidde, der den tangentielle hastigheten er over 0,01 m/s.
- Inspiser den individuelle bevegelsen og forskjøvet visuelt for å sikre at utbruddet og forskyvningen er riktig merket.
- Bestem topphastigheten. Topphastigheten er definert som maksimal tangentiell hastighetsamplitude for studien som overskrider amplituden på 0,2 m/s, og tidsintervallet mellom 2 topper må være minst 2 sekunder13.
- Beregn kinematiske variabler for å nå bevegelser.
- Beregn flyttevarighet (MD). Beregn tidsforskjellen mellom bevegelsessett ogforskyvning 13.
- Beregn topphastighet (NÅVERDI). Beregn den høyeste hastigheten under hver av delene.
- Beregn absolutt og relativ tid til topphastighet (TTPV og TTPV % av bevegelsesvarighet)13.
- Beregn tidsforskjellen mellom bevegelsessett og topphastighet (absolutt TTPV).
- Beregn prosentandelen av TTPV i forhold til bevegelsesvarighet (relativ TTPV).
- Beregn loggdimensjonsløs rykk.
- Beregn det tredje derivatet fra den resulterende av den 3-dimensjonale posisjonen til den utøvende hånden, og beregn deretter den loggdimensjonale rykken til hver arm som når bevegelse.
- Beregn forskyvning av bagasjerommet under målstyrt arm som når bevegelse9,14.
- Beregn stammen forskyvning.
- Beregn avstandsforskjellen for stammen mellom bevegelsesdesett og forskjøvet. Bruk følgende formel.
Der X, Y og Z er stammens landemerkeposisjoner i henholdsvis x-, y- og z-aksen. 1 er tidsrammen ved å nå bevegelsesdesetet; k er tidsrammen ved å nå bevegelsesforskyvningen.
- Beregn avstandsforskjellen for stammen mellom bevegelsesdesett og forskjøvet. Bruk følgende formel.
- Beregn lengden på skulderbanen.
- Beregn skulderlandelets reiseavstand mellom armen og bevegelsesde begynnelse og offset. Skulderlandemerke er et virtuelt landemerke digitalisert fra programvaren for innsamling av bevegelsesfangstdata ved hjelp av skjelettmodellen for øvre ekstremitet. Bruk følgende ligning for beregning av skulderbanelengde.
Der X, Y og Z er posisjonene til skulderlandemerke i henholdsvis x-, y- og z-aksen. t er tidsrammen. t=1 er tidsrammen ved bevegelsesdegjenstander. t=k er tidsrammen ved å nå bevegelsesforskyvningen
- Beregn skulderlandelets reiseavstand mellom armen og bevegelsesde begynnelse og offset. Skulderlandemerke er et virtuelt landemerke digitalisert fra programvaren for innsamling av bevegelsesfangstdata ved hjelp av skjelettmodellen for øvre ekstremitet. Bruk følgende ligning for beregning av skulderbanelengde.
- Beregn stammen forskyvning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Disse resultatene er foreløpige data fra to ikke-funksjonshemmede unge voksne og to kroniske slagoverlevere med mild motorisk svekkelse (Fugl-Meyer Score av disse to deltakerne var over 60 av 66). Ikke-funksjonshemmede deltakere var høyrehendte og utførte oppgavene med høyre hånd. Slagdeltakerne var også høyrehendte før slaget, og begge hadde riktig hemiparese. De utførte også oppgaven med høyre hånd. Disse kinematiske variablene mellom populasjoner og mellom målforholdene ble sammenlignet med Wilcoxon-signert-rank-testen.
Lengden på skulderbanen er et mer følsomt mål på bagasjeromskompensasjon under målstyrte armer (figur 1). Lengden på bagasjeromsforskyvningen og skulderbanen ble sammenlignet med å avgjøre hvilken variabel som ville være mer hensiktsmessig å representere trunkkompensasjon under målstyrte arm når. Det var ingen signifikant forskjell i trunk forskyvning mellom ikke-funksjonshemmede voksne og kroniske slag overlevende i alle fire oppgaveforhold. Imidlertid var det en betydelig større skulderbanelengde for kroniske slagoverlevere enn ikke-funksjonshemmede voksne for å nå og plukke opp oppgaver.
Kroniske slagoverlevere hadde forskjellige kinematiske egenskaper ved målstyrte armer enn ikke-funksjonshemmede unge voksne på tvers av ulike oppgaveforhold (figur 2). Kroniske slagoverlevere viste betydelig langsommere (Figur 2A &B), mer feedback-avhengig (Figur 2C) og jerkier (Figur 2D) målstyrt arm strekker seg over fire forskjellige oppgaveforhold sammenlignet med ikke-funksjonshemmede voksne. Videre viste kroniske slagoverlevere betydelig mer trunkkompensasjon enn ikke-funksjonshemmede voksne under målstyrte armer (Figur 2E).
Oppgavekompleksitet påvirket kinematiske variabler av målstyrt arm som nådde bevegelse (Figur 2 og 3). Både ikke-funksjonshemmede voksne og kroniske slagoverlevere viste langsommere, feedback-avhengige og jerkier målstyrte armer for den mer komplekse oppgaven som krever større håndferdighet enn den enkle pekeoppgaven (Figur 2). Det var ingen forskjell i skulderbanelengde mellom to populasjoner for pekeoppgavene, mens slagoverlevere viste betydelig større skulderbanelengde enn ikke-funksjonshemmede unge voksne for å plukke opp oppgaver (Figur 2). Videre hadde motorytelsen mer variasjon på tvers av forsøk for den mer komplekse oppgaven sammenlignet med simperoppgaven (figur 3).
Figur 1. Sammenligning av to forskjellige kinematiske tiltak for bagasjeromskompensasjon under målstyrt arm når. Grønne fiolinplott indikerer skulderbanens lengde, og røde fiolinplott viser trunkforskyvningen. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 2. Sammenligning av målstyrt arm som når kinematikk i ulike oppgaveforhold mellom ikke-funksjonshemmede voksne og kroniske slagoverlevere. (A) Bevegelsesvarighet. Røde boksplots er data fra kroniske slagdeltakere, og blå boksplots er data fra ikke-funksjonshemmede voksne. (B) Maksimal hastighetsamplitude. (C) Relativ tid til topphastighet. Denne variabelen er tiden for å toppe hastigheten som en prosentandel av bevegelsesvarigheten. (D) Logg dimensjonsløs rykk. Denne variabelen angir bevegelsens glatthet. En høyere negativ verdi i denne variabelen betyr en rykkete bevegelse. (E) Lengde på skulderbanen. Denne variabelen angir mengden bagasjeromskompensasjon under målstyrt arm når i alle x-, y- og z-retninger. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Figur 3. Visualisering av målstyrt arm som når kinematikk. (A) Målstyrt arm som når ytelsen til rekkevidde og punktoppgave med et stort mål. (B) Målstyrt arm som når ytelsen til rekkevidde og plukker opp oppgaven med et stort objekt. Posisjoner av skulder, albue, hånd og spiss av en spisepinne landemerker er visualisert med fargede prikker for alle ti arm nå forsøk for oppgavetilstanden. Posisjonene til disse landemerkene, armen og hånden ved bevegelsesde begynnelse og offset er uthevet i henholdsvis lilla og oransje. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Foreløpige resultater støtter at denne protokollen kan være hensiktsmessig for å undersøke virkningen av oppgavekompleksitet på trunkkompensasjon og målrettet arm som når kinematikk hos både ikke-funksjonshemmede voksne og kroniske slagoverlevere.
Disse representative resultatene støtter også at denne protokollen kan være hensiktsmessig for å bestemme de kinematiske forskjellene i målstyrt arm når mellom ikke-funksjonshemmede voksne og kroniske slagoverlevere. Disse funnene samsvarer med tidligere studier som karakteriserte målstyrte arm når kroniske slagoverlevere som langsommere, rykkete og mer feedback-baserte bevegelser sammenlignet medikke-deaktivertekontroller 9,13,14.
I denne foreløpige studien ble det brukt en finhåndsmotoroppgave ved hjelp av et par spisepinner. Å plukke opp et lite objekt ved hjelp av et par spisepinner krever et høyt nivå av håndferdighet15,16. Denne oppgaven har blitt brukt i tidligere studier for å undersøke hjernefunksjonen under utførelsen av fine håndmotoriske oppgaver15,16,17. Videre kan objektopphentingsoppgaven ved hjelp av et par spisepinner også brukes som en intervensjon for å forbedre finhåndsmotoriske ferdigheter i nevrologiske populasjoner18,19,20. Disse foreløpige resultatene støtter at etterslagspersoner med mild motorisk svekkelse i øvre ekstremitet kan utføre objekthentingsoppgaven ved hjelp av et par spisepinner.
Disse representative resultatene støtter bruken av denne protokollen for å undersøke virkningen av oppgavekompleksitet på bevegelsesstrategier hos både ikke-funksjonshemmede voksne og etter hjerneslag. En hypotese om at kroniske slagoverlevere vil bruke mer bagasjeromskompensasjon for en mer kompleks motorisk oppgave, er testet med to ikke-funksjonshemmede voksne og to kroniske slagoverlevere. Foreløpig dataanalyse undersøkte den nånde delen (transport av hånden) av motoroppgavens ytelse. Disse resultatene støtter at folk bruker forskjellige målstyrte arm som når bevegelsesstrategier for forskjellige oppgaver. Spesielt planlegger både ikke-funksjonshemmede individer og kroniske slagoverlevere bevegelsen annerledes når de har forskjellige oppgavemål. For å nå og peke oppgaven, er sluttmålet å trykke på målet med spissen av en spisepinne. På den annen side er målet med objekthentingsoppgaven å manipulere spisepinnene for å plukke opp objektet nøyaktig. Dermed krever objekthentingsoppgaven et mer nøyaktig endepunkt på spisepinnespissen. Økte krav til nøyaktigheten til endepunktposisjonen fører til at deltakeren beveger seg langsommere for å kontrollere endepunkteffekten eller mer presist. Dermed er detsteoretisert at deltakerne stolte mer på tilbakemeldingsbasert kontroll av den målstyrte armen når for objektopphentingsoppgaven sammenlignet med pekeoppgaven. Hvis du bruker mer trunkkompensasjon for objekthentingsoppgaven enn pekeoppgaven, kan det være en strategi for motorstyring for å forbedre nøyaktigheten til endepunkteffektorkontrollen ved å redusere frihetsgraden i øvre ekstremitet. 1 Bruk av kompenserende trunkbevegelser reduserer nødvendigheten av å kontrollere mer komplekse grader av frihet i skulder- og albueleddene. Med andre ord, økt bagasjeromskompensasjon under utførelsen av mer komplekse motoriske oppgaver vil øke sannsynligheten for å oppnå oppgavemålet.
Disse foreløpige resultatene støtter at skulderbanens lengde er et mer følsomt mål på trunkkompensasjon under målstyrte armer når i kroniske slagoverlevere. Selv om trunkforskyvning er den vanligste kinematiske variabelen i den nåværende litteraturen, har den en betydelig begrensning i å representere trunkkompensasjon under målstyrt arm når9,14. Mens stammen forskyvning fanger bagasjerommet bøyning, trunk kompensasjon under armen når kan oppnås ved en kombinasjon av trunk fleksjon, rotasjon, og lateral fleksjon. Disse foreløpige resultatene viste mer kontrast i skulderbanens lengde mellom ikke-funksjonshemmede voksne og kroniske slagoverlevere sammenlignet med stammens forskyvningstiltak. Dermed foreslår denne protokollen skulderbanelengden, som er skulderlandetegnets (laterale ende av kragebenet) reiseavstand mellom armen som når bevegelsesdempet og offset, rapporteres å karakterisere kompenserende trunkbevegelse under målstyrt arm som når ytelse. Fremtidige studier med større utvalgsstørrelse bør gjennomføres for å bestemme egenskapene til dette nye trunkkompensasjonsmålet.
Selv om våre representative resultater støtter denne protokollens nytte, bør forskere være forsiktige med å bruke denne protokollen til å undersøke forholdet mellom oppgaveforhold og arm som når bevegelseskimattikk hos kroniske slagoverlevere. Objektopphentingsoppgaven ved hjelp av spisepinner vil ikke være egnet for kroniske slagoverlevere med moderat til alvorlig motorisk svekkelse i øvre ekstremitet, da personer med større alvorlighetsgrad av håndfin motorisk svekkelse kan ha for store problemer med å utføre denne oppgaven. Spesielt var det mindre objektet som ble brukt i denne studien en plastkube 3 mm på kanten. Å plukke opp dette lille objektet kan være for vanskelig å utføre for de som har alvorlig håndmotorisk svekkelse, selv med fingrene. Alternativt foreslår vi å bruke en pinsett i stedet for spisepinner for å utføre objektopphentingsoppgaven hvis denne protokollen skulle brukes til en forskningsstudie med etterslagspersoner med mer alvorlig håndmotorisk svekkelse. Objekthentingsoppgaven ved hjelp av en pinsett har blitt brukt i tidligere studier. 18,19 Pinsettmotoroppgaven krever lignende nivå av håndferdighet for spisepinnemotoroppgaven, men lettere enn spisepinneoppgaven, og det ville være mer mulig for etterslagspersoner med alvorlig motorsvikt i øvre ekstremitet. 18
Den økte trunkkompensasjonen i objektopphentingsoppgaven ved hjelp av spisepinner kan påvirkes av nyheten om oppgaven til deltakerne, gitt at en motorstyringsstrategi for en ny oppgave fryser noen grader av frihet og alle deltakerne i denne foreløpige studien hadde ingen eller liten erfaring med bruk av spisepinner21. Bruken av trunkbevegelser er forbundet med redusert frihetsgrad i skulder- og albueleddene. Dermed kan kompenserende trunkbevegelse under objektopphentingsoppgaven brukes til å redusere frihetsgradene og gjøre nåbevegelsen mer kontrollerbar for å oppnå oppgavemålet. Derfor kan økt trunkkompensasjon i objekthentingsoppgaven sammenlignet med pekeoppgaven være relatert til oppgavens nyhet til deltakerne.
Representative resultater kommer fra et lite antall deltakere. Dermed bør større kliniske studier utføres for å demonstrere denne protokollens effekt og nytte for å undersøke forholdet mellom motoriske oppgaveforhold og bevegelsesstrategier hos kroniske slagoverlevere.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Ingen avsløring.
Acknowledgments
Forfatterne ønsker å sette pris på Christopher Neville, Girolamo Mammolito og F. Jerome Pabulayan for deres viktige bidrag til å utvikle denne protokollen og datainnsamlingen.
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 |
References
- 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).
- 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).
- Saposnik, G., Levin, M. SORCan SORC. Virtual Reality in Stroke Rehabilitation A Meta-Analysis and Implications for Clinicians. Stroke. 42 (5), 1380-1386 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Harris, C. M., Wolpert, D. M. Signal-dependent noise determines motor planning. Nature. 394, 780-784 (1998).
- Gentilucci, M. Object motor representation and reaching-grasping control. Neuropsychologia. 40 (8), 1139-1153 (2002).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
