Experimentelle Methoden zur Erforschung der menschlichen Posturalkontrolle

Summary

Dieser Artikel stellt einen experimentellen/analytischen Rahmen zur Untersuchung der menschlichen Haltungskontrolle vor. Das Protokoll bietet Schritt-für-Schritt-Verfahren für die Durchführung von Standexperimenten, die Messung von Körperkinematik und Kinetiksignale und die Analyse der Ergebnisse, um Einblicke in die Mechanismen zu geben, die der menschlichen Haltungskontrolle zugrunde liegen.

Abstract

Viele Komponenten des Nerven- und Bewegungsapparates wirken gemeinsam, um eine stabile, aufrechte menschliche Haltung zu erreichen. Kontrollierte Experimente, begleitet von geeigneten mathematischen Methoden, sind erforderlich, um die Rolle der verschiedenen Subsysteme zu verstehen, die an der menschlichen Haltungskontrolle beteiligt sind. Dieser Artikel beschreibt ein Protokoll für die Durchführung von gestörten stehenden Experimenten, die Erfassung experimenteller Daten und die Durchführung der nachfolgenden mathematischen Analyse mit dem Ziel, die Rolle des Bewegungsapparates und der zentralen Kontrolle im Menschlichen zu verstehen. aufrechte Haltung. Die Ergebnisse dieser Methoden sind wichtig, weil sie Einblicke in die gesunde Gleichgewichtskontrolle geben, die Grundlage für das Verständnis der Ätiologie des gestörten Gleichgewichts bei Patienten und älteren Menschen bilden und bei der Gestaltung von Interventionen zur Verbesserung der Haltungskontrolle und Stabilität. Diese Methoden können verwendet werden, um die Rolle des somatosensorischen Systems, der intrinsischen Steifigkeit des Sprunggelenks und des visuellen Systems bei der Haltungskontrolle zu untersuchen, und können auch erweitert werden, um die Rolle des vestibulären Systems zu untersuchen. Die Methoden sind im Falle einer Knöchelstrategie anzuwenden, bei der sich der Körper in erster Linie um das Sprunggelenk bewegt und als invertiertes Pendel mit nur einem Glied gilt.

Introduction

Die menschliche Haltungskontrolle wird durch komplexe Wechselwirkungen zwischen dem zentralen Nervensystem und dem Bewegungsapparat¹realisiert. Der menschliche Körper im Stehen ist von Natur aus instabil, unterliegt einer Vielzahl von inneren (z.B. Atmung, Herzschlag) und äußeren (z.B. Schwerkraft) Störungen. Stabilität wird durch einen verteilten Regler mit zentralen, reflexiven und intrinsischen Komponenten erreicht (Abbildung 1).

Die Haltungskontrolle wird erreicht durch: einen aktiven Controller, der durch das Zentralnervensystem (ZNS) und das Rückenmark vermittelt wird, was die Musk....

Protocol

Alle experimentellen Methoden wurden von der McGill University Research Ethics Board genehmigt und Probanden unterzeichnen informierte Zustimmungen vor der Teilnahme.

1. Experimente

HINWEIS: Jedes Experiment umfasst die folgenden Schritte.

1. Vortest
   1. Bereiten Sie einen bestimmten Überblick über alle durchzuführenden Versuche vor, und erstellen Sie eine Checkliste für die Datenerfassung.
   2. Geben Sie dem Betreffenden ein Zustimmungsformular mit allen notwendigen Informationen, bitten Sie ihn, es gründlich zu lesen, alle Fragen zu beantworten und dann das Formular unterschreiben zu lassen.

Results

Pseudo-Random-Ternary-Sequenz (PRTS) und TrapZ-Signale

Abbildung 2A zeigt ein PRTS-Signal, das durch die Integration eines Pseudo-Zufallsgeschwindigkeitsprofils erzeugt wird. Für jede Probezeit kann die Signalgeschwindigkeit gleich Null sein oder einen vordefinierten positiven oder negativen Wert erfassen.

Discussion

Mehrere Schritte sind entscheidend bei der Durchführung dieser Experimente, um die menschliche Haltungskontrolle zu untersuchen. Diese Schritte sind mit der korrekten Messung der Signale verbunden und umfassen: 1) Korrekte Ausrichtung der Schaftknöchel-Drehungsachse an der der Pedale, für die korrekte Messung der Knöchelmomente. 2) Korrekte Einrichtung der Entfernungsmesser, um sicherzustellen, dass sie in ihrem Bereich arbeiten und während der Experimente nicht gesättigt sind. 3) Messung von EMG mit guter Qualität und m.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
5K-Potentiometer	Maurey	112P19502	Misst den Schaftwinkel des Aktuators
8-Kanal-Bagnoli-Oberflächen-EMG-Verstärker und -Elektroden	Delsys		Misst das EMG der Knöchelmuskulatur
AlienWare Laptop	Dell Inc.	P69F001-Rev. A02	VR-fähiger PC-Laptop
Datenerfassungskarte	National instruments	4472	Abtastung der analogen Signale von den Sensoren
Wegeventil	REXROTH	4WMR10C3X	Umgeht die Strömung, wenn der Winkel der Antriebswelle über ± hinausgeht; 20°;
Ganzkörpergurt	Jelco	740	Schützen Sie die Probanden vor Stürzen
Laser-Entfernungsmesser	Micro-epsilon 1302-100	1507307	Misst die lineare Verschiebung des Schaftes
Laser-Entfernungsmesser	Micro-epsilon 1302-200	1509074	Misst die lineare Verschiebung des Körpers
Wägezelle	Omega	LC302-100	Misst vertikale Reaktionskräfte
Proportionales Servoventil	MOOG	D681-4718	Steuert den Hydraulikfluss zu den Drehantrieben
Drehantrieb	Rotac	26R21VDEISFTFLGMTG	Wendet mechanische Störungen
an Drehmomentaufnehmer	Lebow	2110-5k	Misst das Knöcheldrehmoment
Virtuelle Umgebung Bewegungstracker	HTC inc.	1551984681	Verfolgt die Kopfbewegung
Virtual Reality Headset	HTC inc.	1551984681	Bietet visuelle Störungen