Summary
Detta protokoll är avsett att undersöka effekten av uppgiftsförhållanden på rörelsestrategier hos kroniska strokeöverlevare. Dessutom kan detta protokoll användas för att undersöka om en begränsning i armbågen förlängning framkallas av neuromuskulär elektrisk stimulering orsakar bålen kompensation under mål-riktade arm når hos icke-funktionshindrade vuxna.
Abstract
Trunk kompensation är den vanligaste rörelse strategi att ersätta övre änden (UE) motor underskott i kronisk stroke överlevande. Det saknas bevis för hur uppgiftsförhållanden påverkar bålkompensation och målinriktad arm som når kinematik. Detta protokoll syftar till att undersöka effekten av uppgiftsförhållanden, inklusive uppgiftssvårigheter och komplexitet, på målinriktade arm som når kinematik. Två icke-funktionshindrade unga vuxna och två kronisk stroke överlevande med mild UE motor funktionsnedsättning rekryterades för att testa protokollet. Varje deltagare utförde målstyrda armror med fyra olika uppgiftsvillkor (2 uppgiftssvårigheter [stora kontra små mål] X 2 aktivitetskomplexiteter [pekar kontra att plocka upp]). Uppgiftsmålet var att nå och peka på ett mål eller plocka upp ett objekt som ligger 20 cm framför hempositionen så snabbt som möjligt med en penna respektive ett par ätpinnar som svar på en auditiv signal. Deltagarna utförde tio räckvidder per uppgiftsvillkor. Ett 3-dimensionellt rörelseinspelningskamerasystem användes för att spela in trunk- och armkinematik. Representativa resultat visade att det fanns en betydande ökning av rörelse varaktighet, rörlighet jerkiness och stam ersättning som en funktion av uppgiften komplexitet, men inte uppgift svårigheter i alla deltagare. Kronisk stroke överlevande visade betydligt långsammare, jerkier och mer feedback-beroende arm når och betydligt mer kompenserande bål rörelser än icke-funktionshindrade vuxna. Våra representativa resultat stöder att detta protokoll kan användas för att undersöka effekten av uppgiftsförhållanden på motoriska kontrollstrategier hos kroniska strokeöverlevare med mild UE motorisk försämring.
Introduction
Bålrörelse är den vanligaste strategin för att kompensera för begränsade frihetsgrader i armbågen och axeln hos individer med post-stroke övre extremitet (UE) motorunderskott1,2. Tidigare studier har visat att individer efter stroke använder olika rörelsestrategier i olika motoriska uppgiftsmiljöer3,4,5. Dynamisk systemmotorstyrningsteori förklarar att rörelser uppstår från interna individuella faktorer och yttre faktorer, såsom uppgiftsförhållanden och miljö6. Vidare förklarar Fitts lag förhållandet mellan uppgiftssvårigheter och rörelsehastighet, med en tendens att utföra svårare uppgifter med långsammare hastigheter7. När det gäller målinriktade arm som når uppgifter rapporterade Gentilucci att människor saktar ner sina nå rörelser när de når och griper ett mindre föremål jämfört med ett större objekt8. Effekten av uppgiftens komplexitet på målinriktad arm som når kinematik och kompensatoriska rörelsestrategier hos kroniska strokeöverlevare är dock inte väl förstådd. En tidigare studie som undersökte pek- och greppuppgifter hos kroniska strokeöverlevare visade att skillnader i kinematiska variabler mellan två olika uppgifter förklarade skillnader i UE-motorisk försämring mätt med Fugl-Meyer Upper Extremity Score9. Denna studie jämförde dock inte direkt hur rörelsestrategier skiljer sig åt när det gäller kinematiska variabler mellan pek- och greppuppgifter. En bättre förståelse av påverkan av uppgiftsförhållanden på kompensatoriska rörelsestrategier med hänsyn till individuell motorisk nedskrivningsnivå är avgörande för att utforma effektiva behandlingssessioner för att minimera kompensatoriska rörelser och maximera återbetalningen av motorisk försämring. Därför är det absolut nödvändigt att undersöka hur uppgiftsförhållanden, särskilt uppgiftskomplexitet, påverkar rörelsestrategier hos individer med motorisk funktionsnedsättning efter stroke. Detta föreslagna studieprotokoll kommer att undersöka effekten av uppgiftsförhållanden på målinriktade arm som når kinematik hos icke-funktionshindrade vuxna och strokeöverlevare. Syftet med detta protokoll är tvåfaldigt: 1) att undersöka om uppgiftens komplexitet påverkar stamkompensation och målstyrd arm som når kinematik hos kroniska strokeöverlevare; 2) för att avgöra om detta protokoll kan skilja kinematiken hos målstyrd arm når mellan icke-funktionshindrade vuxna och kroniska strokeöverlevare.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Suny Upstate Medical Universitys institutionella granskningsnämnd (IRB) godkände detta protokoll.
1. Undersökning av deltagare
- Utför alla forskningsmetoder med IRB-godkännande enligt Helsingforsdeklarationen.
- Rekrytera icke-funktionshindrade vuxna som inte har några neurologiska eller muskuloskeletala problem som förhindrar övre extremitet motorisk uppgift prestanda.
- Rekrytera kroniska strokeöverlevare vars stroke inledning är minst sex månader före studiedeltagande och som har mild till måttlig övre extremitet motorisk försämring, indikerad av Fugl-Meyer Bedömning av övre änden poäng på 19 till 60 av 66, och kan förlänga hemiparetic handled och fingrar minst 10 grader frivilligt.
- Schemalägg potentiella deltagare för att delta i en datainsamlingssession.
- Få skriftligt informerat samtycke från alla forskningsdeltagare innan du påbörjar några experimentella procedurer.
- Screena alla deltagare för behörighet att delta i studier med hjälp av enkäter om deras demografi, tidigare armskada historia, handdominans och förtroende för specifika finhandsmotoriska färdighetsuppgifter.
2. Övre änden motoriska utfallsmått
- Utför Perdue Pegboard-testet med standardproceduren10.
- Utför Fugl-Meyer Assessment of Upper Extremity Motor (FMA-UE) medstandardproceduren 11,12.
3. Psykosociala och kognitiva beteendebedömningar
- Få deltagarna att fylla i följande frågeformulär med hjälp av online-undersökningsplattformen: Edinburg Handedness Inventory; Ett frågeformulär för tidigare erfarenheter av användningen av ätpinnar. och ett själveffektsformulär för användning av ätpinnar.
4. Förberedelse av målinriktade arm som når uppgifter
- Förbered kamerasystemet för rörelseinspelning för kinematisk inspelning.
- Kalibrera rörelseinspelningskameran med hjälp av programvara för rörelsefångst.
- Ställ in ursprunget för världskoordinaten med hjälp av programvara för rörelsefångst.
- Placera alla markörtriader på en tabell i området för vyn av kameror för rörelsefångst och kontrollera om alla markörtriader ligger inom synfältet.
- Förbered programvaran för datainsamling av rörelseinfångst för att bygga skelettmodellen.
- Importera marköruppsättningarna från programvara för rörelsefångstarbetsstation till programvaran för datainsamling av rörelseinfångst.
- Aktivera virtuella sensorer (dvs. markörtriader).
- Sätt världens yxor.
- Tilldela virtuella sensorer till kroppssegment i skelettmodellen.
- Ställ in målstyrd arm som når uppgiftsförhållandena.
- Placera ett bord i mitten av rörelseinspelningskamerorna.
- Lägg den laminerade målstyrda armen som når mallpapper på det angivna området på bordet.
- Förbered ett par ätpinnar på bordet.
- Förbered för att spela upp ljudfilen för hörbara ledtrådar.
- Förbered uppgiftsinstruktionsskripten.
- Testa rörelsefångstsystemet för att säkerställa att det fungerar på rätt sätt.
- Ställ in deltagaren.
- Fäst de reflekterande markörtriaderna på huden på deltagarens armar, händer och bagageutrymme. Använd följande beskrivning för markörtriadplatserna:
En markörtriad för stammen: mellan scapulaes mediala gränser
En markörtriad för varje överarm: i mitten av överarmens sidoyta
En markörtriad för varje underarm: i mitten av underarmens dorsala yta
En markörtriad för varje hand: i mitten av den dorsala ytan av 3rd metakarpalbenet - Förbered en ätpinnar med en markörtriad.
- Placera en markörtriad på en tabell som ligger mitt i synfältet på kameror för rörelsefångst.
- Digitalisera deltagarens kroppssegment med hjälp av en övre extremitetsfogar och trunkskelettmodell som inkluderar följande landmärken med hjälp av programvara för datainsamling av rörelsefångst:
Övre bagageutrymme: en fläck mellan C7 och T1 ryggkotor
Nedre bagageutrymme: en fläck mellan T12 och L1 ryggkotor
Axel (glenohumeral fog), två fläckar som är lika från mitten av överarmshuvudet
Armbåge: två fläckar på den mediala och laterala armbågen som är lika långt från ledcentret
Handled: två fläckar på den mediala och laterala handleden som är lika långt från ledcentret
Hand: spetsen på den tredje falangen i varje hand - Digitalisera spetsen på ätpinnarna med en markörtriad med hjälp av programvara för datainsamling av rörelseinfångst.
- Digitalisera hempositionen och målpositionen med hjälp av markörtriaden som finns på bordet med hjälp av programvara för datainsamling av rörelseinfångst.
- Fäst de reflekterande markörtriaderna på huden på deltagarens armar, händer och bagageutrymme. Använd följande beskrivning för markörtriadplatserna:
5. Utförande av målinriktade arm som når uppgifter
- Placera deltagaren i sittande ställning.
- Be deltagaren att sträcka sig framåt utan bålrörelse och leta sedan reda på att tabellen ska placera målet på cirka 80 % av deltagarens maximala armavstånd.
- Instruera deltagaren att upprätthålla den upprättstående bagageutrymmets hållning i början av varje uppgiftsprestation. Det kommer inte att finnas några begränsningar för trunkrörelserna under uppgiftsprestandan.
- Instruera deltagaren hur man använder ätpinnar med hjälp av en Youtube-video (https://youtu.be/2Bns2m5Bg4M) för att standardisera sättet att använda ätpinnarna.
- Utför aktivitets villkoret 1 - Nå och peka på ett stort mål.
- Instruera deltagaren att hålla en ätpinnar med den dominerande handen (icke-funktionshindrade vuxna) eller paretic hand (slagdeltagare). Deltagaren placerar spetsen på en ätpinnar som rör vid mitten av hempositionen. Instruera deltagaren att bibehålla den upprättstående stamställningen i början.
- Fixera mallpapperet för aktivitetsvillkoret i det angivna området på bordet. Mallpapperet innehåller två rutor med ett kors i mitten av varje ruta: en för hempositionen och den andra för målområdet. För den här uppgiften är mål kvadratstorleken 1 x 1 cm2. Målpositionen är placerad 20 framför hemmapositionen.
- Beskriv uppgiftsinstruktionerna.
- Ange följande: "Målet med denna uppgift är att nå och knacka på målområdet med ätpinnarns spets så snabbt och exakt som möjligt. Du kommer att hålla en ätpinnar med höger (eller vänster) [ange den utförande handen]. Placera ätpinnarns spets på hempositionen [ange hempositionen]. När du hör en GO-signal, nå och tryck på målet [ange målet] med ätpinnarns spets så snabbt som möjligt. Försök att trycka på mitten av målet så mycket du kan. Du har tre sekunder på dig att trycka på målet. Jag ger dig en STOP-signal 3 sekunder efter GO-signalen. Om du inte knackade på målet inom 3 sekunder, ta ätpinnarns spets till hempositionen och vänta på nästa provperiod. Du kommer att utföra tio försök med en 10-sekunders paus mellan försöken. Har du några frågor? [Ta itu med eventuella frågor som deltagaren har och fortsätt sedan till förtrogenhetsprövning] Du kommer att ha tre försök som övning. [Efter övningsförsöken, fortsätt till de faktiska försöken] Nu ska vi utföra riktiga försök. Försök att nå och tryck så fort du kan."
- Spela upp ljudfilen för hörsignalen med en dator för att bekanta deltagaren med signalen.
- Utför tre förtrogenhetsförsök.
- Instruera deltagaren att vara redo för uppgiftsprestandan. Se till att deltagaren har full förståelse för proceduren för uppgiftsprestanda.
- Starta motion capture-inspelning med programvara för insamling av datainsamling av rörelseinfångst.
- Spela upp ljudfilen för hörbara ledtrådar med en dator.
- Utför 10 försök.
- Stoppa inspelningen av rörelseinspelningen.
- Ta en 2 minuters paus.
- Utför aktivitets villkoret 2 - Nå och peka på ett litet mål.
- Instruera deltagaren att hålla en ätpinnar med den dominerande handen (icke-funktionshindrade vuxna) eller paretic hand (slagdeltagare). Deltagaren placerar spetsen på en ätpinnar som rör vid mitten av hempositionen. Be deltagaren att behålla den upprättstående stamställningen i början.
- Fixera mallpapperet för aktivitetsvillkoret i det angivna området på bordet. För den här uppgiften är mål kvadratstorleken 0,3 X 0,3 cm2. Målpositionen är placerad 20 framför hemmapositionen.
- Beskriv uppgiftsinstruktionen.
- Ange följande: "Målet för den här aktiviteten är detsamma som den tidigare uppgiften: nå och tryck med ätpinnarnas spets målet så snabbt och exakt som du kan. Vi kommer att använda ett mindre mål [ange målet]. Instruktionen är densamma som den föregående uppgiften. När du hör en GO-signal, nå och tryck på målet [ange målet] med ätpinnarns spets så snabbt som möjligt. Försök att trycka på mitten av målet så mycket du kan. Har du några frågor? [Ta itu med eventuella frågor som deltagaren har och fortsätt sedan till förtrogenhetsprövning] Du kommer att ha tre försök som övning. [Efter förtrogenhetsförsöken fortsätter du till de faktiska försöken] Nu ska vi utföra riktiga försök. Försök att nå och tryck så fort du kan."
- Spela upp ljudfilen för hörsignalen med en dator för att bekanta deltagaren med signalen.
- Utför tre förtrogenhetsförsök.
- Instruera deltagaren att vara redo för uppgiftsprestandan. Se till att deltagaren har full förståelse för proceduren för uppgiftsprestanda.
- Starta motion capture-inspelning med programvara för insamling av datainsamling av rörelseinfångst.
- Spela upp ljudfilen för hörbara ledtrådar med en dator.
- Utför 10 försök.
- Stoppa inspelningen av rörelseinspelningen.
- Ta en 2 minuters paus.
- Utför aktivitets villkoret 3 - Nå och hämta ett stort mål objekt.
- Instruera deltagaren att hålla ett par ätpinnar med den dominerande handen (icke-funktionshindrade vuxna) eller paretic hand (slagdeltagare). Deltagaren kommer att placera spetsarna av ätpinnar som rör vid mitten av hempositionen. Be deltagaren att hålla upprätt stamställning i början.
- Fixera mallpapperet för aktivitetsvillkoret i det angivna området på bordet. För den här uppgiften är målobjektet en plastkub 1 cm på kanten. Målobjektet är placerat 20 framför hempositionen.
- Placera målobjektet på målområdet.
- Beskriv uppgiftsinstruktionerna.
- Ange följande: "Målet med denna uppgift är att nå och plocka upp en plastkub [ange kuben] med ett par ätpinnar så snabbt som möjligt, ungefär en tum i höjd utan att släppa. Du kommer att hålla ett par ätpinnar med höger (eller vänster) [ange den utförande handen]. Placera ätpinnarna på hempositionen [ange hempositionen]. När du hör en GO-signal, nå och plocka upp kuben [ange målet] med ätpinnarna så snabbt du kan, ungefär en tum i höjd. Du har tre sekunder på dig att plocka upp målet. Jag ger dig en STOP-signal 3 sekunder efter GO-signalen. Om du inte plockade upp målet inom 3 sekunder, ta ätpinnarna till hempositionen och vänta på nästa provperiod. Du kommer att utföra tio försök med en 10-sekunders paus mellan försöken. Har du några frågor? [Ta itu med eventuella frågor som deltagaren har och fortsätt sedan till förtrogenhetsprövning] Du kommer att ha tre försök som övning. [Efter förtrogenhetsförsöken fortsätter du till de faktiska försöken] Nu ska vi utföra riktiga försök. Försök att nå och plocka upp så fort du kan."
- Spela upp ljudfilen för hörsignalen med en dator för att bekanta deltagaren med signalen.
- Utför tre förtrogenhetsförsök.
- Instruera deltagaren att vara redo för uppgiftsprestandan. Se till att deltagaren har full förståelse för proceduren för uppgiftsprestanda.
- Starta motion capture-inspelning med programvara för insamling av datainsamling av rörelseinfångst.
- Spela upp ljudfilen för hörbara ledtrådar med en dator.
- Utför 10 försök.
- Stoppa inspelningen av rörelseinspelningen.
- Ta en 2 minuters paus.
- Utför aktivitets villkoret 4 - Nå och hämta ett litet mål objekt.
- Instruera deltagaren att hålla ett par ätpinnar med den dominerande handen (icke-funktionshindrade vuxna) eller paretic hand (slagdeltagare). Deltagaren kommer att placera spetsarna av ätpinnar som rör vid mitten av hempositionen. Be deltagaren att hålla upprätt stamställning i början.
- Fixera mallpapperet för aktivitetsvillkoret i det angivna området på bordet. För den här uppgiften är målobjektet en plastkub 0,3 cm på kanten. Målobjektet är placerat 20 framför hempositionen.
- Placera målobjektet på målområdet.
- Beskriv uppgiftsinstruktionerna.
- Ange följande: "Målet med den här uppgiften är detsamma som den tidigare uppgiften: nå och plocka upp en plastkub med ett par ätpinnar så snabbt du kan. Vi kommer att använda en mindre plastkub [ange målet]. Instruktionen är densamma som den föregående uppgiften. När du hör en GO-signal, nå och plocka upp kuben [ange målet] med ätpinnar så snabbt som möjligt. Har du några frågor? [Ta itu med eventuella frågor som deltagaren har och fortsätt sedan till förtrogenhetsprövning] Du kommer att ha tre försök som övning. [Efter förtrogenhetsförsöken fortsätter du till de faktiska försöken] Nu ska vi utföra riktiga försök. Försök att nå och tryck så fort du kan."
- Spela upp ljudfilen för hörsignalen med en dator för att bekanta deltagaren med signalen.
- Utför tre förtrogenhetsförsök.
- Be deltagaren att vara redo för uppgiftsprestandan. Se till att deltagaren har full förståelse för proceduren för aktivitetsprestanda.
- Starta motion capture-inspelning med programvara för insamling av datainsamling av rörelseinfångst.
- Spela upp ljudfilen för hörbara ledtrådar med en dator.
- Utför de faktiska 10 testversionerna.
- Stoppa inspelningen av rörelseinspelningen.
- Ta en 2 minuters paus.
- Utför IMI (Intrinsic Motivation Inventory) för användning av ätpinnar med hjälp av online-undersökningsplattform.
6. Kinematisk dataanalys
- Exportera data för följande landmärken från programvaran för insamling av data för rörelseinsamling. Exportera positionsdata i x-, y- och z-axlarna som en textfil för varje aktivitetsvillkor.
Spetsen på en ätpinnar
Hemposition på bordet
Målposition på bordet
besättning
Armbågsleder
Axelleder (glenohumerala leder)
Bagage (vid C7) - Förbehandla kinematiska data.
- Använd anpassat programmeringsskript för att bearbeta kinematiska data.
- Filtrera och jämna ut rådata med hjälp av ett 3rd-order Butterworth low pass-filter med en 3 Hz-cutoff.
- Beräkna resultatet av x-, y- och z-riktningspositionen för den utförande handen.
- Bestäm rörelseinställning och förskjutning av varje målstyrd armräckning.
- För att bestämma den uppnående rörelseinställningen och förskjutningen, använd tangentiell hastighet (det första derivatet av positionsdata) från resultatet av den högpresterande handens 3-dimensionella position.
- Definiera rörelseinställning som den första bildrutan i räckvidden, där tangentiell hastighet är över 0,01 m/s.
- Definiera rörelseförskjutning som den sista bildrutan i räckvidden, där tangentiell hastighet är över 0,01 m/s.
- Inspektera individen som når rörelse inset och förskjuts visuellt för att säkerställa att in- och förskjutningen är korrekt märkta.
- Bestäm topphastigheten. Topphastigheten definieras som den maximala tangentiella hastighetsamlituden för försöket som överstiger amplituden på 0,2 m/s, och tidsintervallet mellan 2 toppar måste vara minst 2 sekunder13.
- Beräkna kinematiska variabler för att nå rörelser.
- Beräkna rörelsevaraktighet (MD). Beräkna tidsskillnaden mellan rörelseinställning och förskjutning13.
- Beräkna topphastighet (PV). Beräkna den högsta hastigheten under var och en av räckvidderna.
- Beräkna absolut och relativ tid till topphastighet (TTPV och TTPV % av rörelsevaraktigheten)13.
- Beräkna tidsskillnaden mellan rörelseinställning och topphastighet (absolut TTPV).
- Beräkna procentandelen TTPV i förhållande till rörelsevaraktighet (relativt TTPV).
- Beräkna log dimensionslös ryck.
- Beräkna det tredje derivatet från resultatet av den 3-dimensionella positionen för den utförande handen och beräkna sedan den log dimensionlösa rycket för varje arm som når rörelse.
- Beräkna trunkförskjutning under målstyrd arm som nårrörelse 9,14.
- Beräkna bagageförskjutningen.
- Beräkna avståndsskillnaden för trunkens landmärke mellan rörelseinträde och förskjutning. Använd följande ekvation.
Där X, Y och Z är trunkens landmärkespositioner i x-, y- respektive z-axeln. 1 är tidsramen vid den uppnående rörelseinställningen; k är tidsramen vid den uppnående rörelseförskjutningen.
- Beräkna avståndsskillnaden för trunkens landmärke mellan rörelseinträde och förskjutning. Använd följande ekvation.
- Beräkna axelbanans längd.
- Beräkna axel landmärkets resavstånd mellan arm som når rörelse inlopp och förskjutning. Axel landmärket är ett virtuellt landmärke digitaliserat från motion capture data förvärv programvara med hjälp av den övre änden skelett modell. Använd följande ekvation för beräkningen av axelbanans längd.
Där X, Y och Z är positionerna för axel landmärket i x-, y- respektive z-axeln; t är tidsramen, t=1 är tidsramen vid den uppnående rörelseinställningen; t=k är tidsramen vid den uppnående rörelseförskjutningen
- Beräkna axel landmärkets resavstånd mellan arm som når rörelse inlopp och förskjutning. Axel landmärket är ett virtuellt landmärke digitaliserat från motion capture data förvärv programvara med hjälp av den övre änden skelett modell. Använd följande ekvation för beräkningen av axelbanans längd.
- Beräkna bagageförskjutningen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dessa resultat är preliminära data från två icke-funktionshindrade unga vuxna och två kronisk stroke överlevande med mild motorisk nedskrivning (Fugl-Meyer Poäng av dessa två deltagare var över 60 av 66). Icke-funktionshindrade deltagare var högerhänta och utförde uppgifterna med höger hand. Strokedeltagare var också högerhänta före stroken och båda hade rätt hemiparesis. De utförde också uppgiften med sin högra hand. Dessa kinematiska variabler mellan populationer och mellan målförhållanden jämfördes med wilcoxon signerad rangtest.
Axelbanans längd är ett känsligare mått på bålkompensation under målstyrda armrålning(figur 1). Bålen förskjutning och bogen banan längd jämfördes för att avgöra vilken variabel skulle vara lämpligare att representera bålen kompensation under mål-riktade arm når. det fanns ingen signifikant skillnad i trunk förskjutning mellan icke-funktionshindrade vuxna och kronisk stroke överlevande i alla fyra uppgift villkor. Det fanns dock en betydligt större axel bana längd för kronisk stroke överlevande än icke-funktionshindrade vuxna för att nå och plocka upp uppgifter.
Kroniska strokeöverlevare hade olika kinematiska egenskaper hos målinriktade armrångar än unga vuxna utan funktionshinder under olika uppgiftsförhållanden (figur 2). Kroniska strokeöverlevare visade betydligt långsammare (Figur 2A & B), mer feedbackberoende ( Figur2C) och jerkier (Figur 2D) målstyrd arm når över fyra olika uppgiftsförhållanden jämfört med icke-funktionshindrade vuxna. Dessutom visade kroniska strokeöverlevare betydligt mer bålkompensation än icke-funktionshindrade vuxna under målstyrda armrålning(figur 2E).
Uppgiftskomplexiteten påverkade kinematiska variabler av målinriktad arm som nådde rörelse (Figur 2 & 3). Både icke-funktionshindrade vuxna och kroniska strokeöverlevare visade långsammare, feedbackberoende och ryckigare målstyrda arm sträcker sig efter den mer komplexa uppgiften som kräver större handfärdighet än den enkla pekuppgiften (Figur 2). Det fanns ingen skillnad i axelbana längd mellan två populationer för pekuppgifter, medan stroke överlevande visade betydligt större axel bana längd än icke-funktionshindrade unga vuxna för plocka upp uppgifter (Figur 2). Dessutom hade motorprestandan större variation mellan försöken för den mer komplexa uppgiften jämfört med simperuppgiften (figur 3).
Figur 1. Jämförelse av två olika kinematiska mått på stamkompensation under målstyrda arm når. Gröna fiolplotrar indikerar axelbanans längd, och röda fiolplotrar visar Trunk Displacement. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 2. Jämförelse av målinriktad arm når kinematik i olika uppgiftsförhållanden mellan icke-funktionshindrade vuxna och kronisk stroke överlevande. A)Rörelsetid. Röda boxplots är data om kronisk stroke deltagare, och blå boxplots är data om icke-funktionshindrade vuxna. B)Högsta hastighet amplitud. C)Relativ tid till topphastighet. Den här variabeln är tiden till topphastighet i procent av rörelselängden. (D) Logga dimensionslös ryck. Denna variabel anger rörelsens jämnhet. Ett högre negativt värde i denna variabel innebär en ryckigare rörelse. E)Axelbanans längd. Denna variabel anger hur mycket bålkompensation under målstyrd arm når i alla x-, y- och z-riktningar. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Bild 3. Visualisering av målinriktad arm som når kinematik. (A) Målstyrd arm som når prestanda för räckvidd och punktuppgift med ett stort mål. (B) Målstyrd arm som når prestanda för räckvidd och plockar upp uppgift med ett stort föremål. Positioner av axel, armbåge, hand och spets av en ätpinnar landmärken visualiseras med färgade prickar för alla tio arm nå försök för uppgiften villkor. Positionerna för dessa landmärken, arm och hand vid rörelseinställningen och förskjutningen markeras i lila respektive orange. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Preliminära resultat stöder att detta protokoll kan vara lämpligt att undersöka effekten av uppgiften komplexitet på stamkompensation och målinriktade arm når kinematik hos både icke-funktionshindrade vuxna och kronisk stroke överlevande.
Dessa representativa resultat stöder också att detta protokoll kan vara lämpligt för att fastställa de kinematiska skillnaderna i målinriktade arm når mellan icke-funktionshindrade vuxna och kronisk stroke överlevande. Dessa resultat överensstämmer med tidigare studier som karakteriserade målstyrda armrönare av kroniska strokeöverlevare som långsammare, ryckigare och mer feedbackbaserade rörelser jämfört med icke-funktionshindradekontroller 9,13,14.
I denna förstudie användes en fin handmotoruppgift med hjälp av ett par ätpinnar. Att plocka upp ett litet föremål med hjälp av ett par ätpinnar kräver en hög nivå av handfärdighet15,16. Denna uppgift har använts i tidigare studier för att undersöka hjärnans funktion under utförandet av fina handmotoruppgifter15,16,17. Vidare kan objektet plocka upp uppgift med hjälp av ett par ätpinnar kan också användas som ett ingripande för att förbättra fin handmotoriska färdigheter i neurologiskapopulationer 18,19,20. Dessa preliminära resultat stöder att individer efter stroke med mild övre änden motorisk nedskrivning kan utföra objektet pick-up uppgift med hjälp av ett par ätpinnar.
Dessa representativa resultat stöder användningen av detta protokoll för att undersöka effekten av uppgiftens komplexitet på rörelsestrategier hos både icke-funktionshindrade vuxna och individer efter stroke. En hypotes att kronisk stroke överlevande kommer att använda mer stamkompensation för en mer komplex motorisk uppgift har testats med två icke-funktionshindrade vuxna och två kronisk stroke överlevande. Preliminär dataanalys undersökte den nånde delen (transport av handen) av motoruppgiftsprestandan. Dessa resultat stöder att människor använder olika målinriktade arm som når rörelsestrategier för olika uppgifter. Specifikt planerar både icke-funktionshindrade individer och kroniska strokeöverlevare rörelsen annorlunda när de har olika uppgiftsmål. För att nå och peka uppgiften är slutmålet att trycka på målet med spetsen på en ätpinnar. Å andra sidan är målet med objektets upphämtningsuppgift att manipulera ätpinnarna för att plocka upp objektet korrekt. Således kräver objekthämtningsuppgiften en mer exakt slutpunkt för ätpinnarspetsen. Ökade krav på slutpunktspositionsnoggrannheten resulterar i att deltagaren rör sig långsammare för att styra slutpunktseffekten mer exakt. Således är det oretikerat att deltagarna förlitade sig mer på feedbackbaserad kontroll av den målstyrda armen sträcker sig efter objekthämtningsuppgiften jämfört med pekuppgiften. Att använda mer trunkkompensation för objekthämtningsuppgiften än pekuppgiften kan dessutom vara en motorstyrningsstrategi för att förbättra effektorkontrollnoggrannheten för slutpunktseffektorn genom att minska frihetsgraden för den övre änden. 1 Användning av kompensatoriska bålrörelser minskar behovet av att kontrollera mer komplexa frihetsgrader för axel- och armbågsfogarna. Med andra ord skulle ökad bålkompensation under utförandet av mer komplexa motoriska uppgifter öka sannolikheten för att uppgiftsmålet ska kunna fullgöras.
Dessa preliminära resultat stöder att axelbanans längd är ett känsligare mått på bålkompensation under målstyrd arm når i kronisk stroke överlevande. Även om trunkförskjutning är den vanligaste kinematiska variabeln i den aktuella litteraturen, har den en betydande begränsning i att representera stamkompensation under målstyrd armnår 9,14. Medan bålförskjutningen fångar bålflexion, kan bålkompensation under arm når uppnås genom en kombination av bålflexion, rotation och lateral flexion. Dessa preliminära resultat visade mer kontrast i bogen banan längd mellan icke-funktionshindrade vuxna och kronisk stroke överlevande jämfört med bålen förskjutning måttet. Således föreslår detta protokoll bogbanan längd, som är bog landmärkets (laterala änden av nyckelbenet) reseavstånd mellan arm når rörelse inlopp och offset, rapporteras att karakterisera kompensatoriska bålen rörlighet under mål-riktade arm nå prestanda. Framtida studier med större urvalsstorlek bör genomföras för att fastställa egenskaperna hos denna nya trunkkompensation.
Även om våra representativa resultat stöder detta protokolls nytta, bör forskare vara försiktiga med att använda detta protokoll för att undersöka förhållandet mellan uppgiftsförhållanden och arm som når rörelse kinematik i kronisk stroke överlevande. Objekt pick-up uppgift med ätpinnar skulle inte vara lämpligt för kronisk stroke överlevande med måttlig till svår övre änden motorisk nedskrivning som individer med större svårighetsgrad av hand fin motorisk nedskrivning kan ha för mycket svårigheter att utföra denna uppgift. Specifikt var det mindre föremålet som användes i denna studie en plastkub 3 mm på kanten. Att plocka upp detta lilla föremål kan vara för svårt att utföra för dem som har svår handmotorisk försämring, även med fingrarna. Alternativt föreslår vi att du använder en pincett istället för ätpinnar för att utföra objekthämtningsuppgiften om detta protokoll skulle användas för en forskningsstudie med individer efter stroke med allvarligare handmotorisk försämring. Objekthämtningsuppgiften med en pincett har använts i tidigare studier. 18,19 Pincettmotoruppgiften kräver liknande nivå av handfärdighet för ätpinnarnas motoruppgift, men lättare än ätpinnarnas uppgift, och det skulle vara mer genomförbart för individer efter stroke med svår motorisk försämring i övre extremitet. 18 (på 8)
Den ökade bålkompensationen i föremålets upphämtningsuppgift med ätpinnar kan påverkas av nyheten i uppgiften för deltagarna, med tanke på att en motorisk kontrollstrategi för en ny uppgift fryser vissa frihetsgrader och alla deltagare i denna förstudie hade ingen eller liten erfarenhet av användningen av ätpinnar21. Användningen av bålrörelser är förknippad med minskad frihet i axel- och armbågsfogarna. Således kan kompensatorisk trunkrörelse under föremålets upphämtningsuppgift användas för att minska frihetsgraderna och göra den uppnående rörelsen mer kontrollerbar för att uppnå uppgiftsmålet. Därför kan ökad trunkkompensation i objekthämtningsuppgiften jämfört med pekuppgiften relateras till uppgiftens nyhet till deltagarna.
Representativa resultat kommer från ett litet antal deltagare. Således bör storskaliga kliniska studier genomföras för att visa detta protokolls effektivitet och nytta för att undersöka förhållandet mellan motoriska uppgiftsförhållanden och rörelsestrategier hos kroniska strokeöverlevare.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Inget avslöjande.
Acknowledgments
Författarna vill uppskatta Christopher Neville, Girolamo Mammolito och F. Jerome Pabulayan för deras viktiga bidrag till att utveckla detta protokoll och datainsamling.
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).
