Experimentelle Methoden zur Erforschung der menschlichen Posturalkontrolle

Diese experimentellen und analytischen Methoden bieten Richtlinien, die darauf abzielen, die Rolle der vielen Komponenten des zentralen Nerven- und Muskel-Skelett-Systems in der menschlichen Haltungskontrolle zu verstehen. Mit posturalen Steuerungsmodellen mit aussagekräftigen physikalischen Parametern können die Rolle und Interaktion der Sinnessysteme und deren Veränderungen aufgrund von Krankheit und Alterung untersucht werden. Diese Methoden können verwendet werden, um Probleme des Patientengleichgewichts zu bewerten, die Ideologie der Beeinträchtigung aufzudecken und bei der Gestaltung von Interventionen zur Verbesserung der Haltungskontrolle zu helfen.

Diese Methoden können auch verwendet werden, um die Wechselwirkungen zwischen sensorischen motorischen Pathologien und Balance-Kontrolle zu studieren. Zum Beispiel für die Sturzprävention bei älteren Menschen. Dieses Protokoll bietet eine Möglichkeit, die relativen Beiträge sensorischer Modalitäten, einschließlich propriozeptiver und visueller Systeme und ihrer Wechselwirkungen, sowie muskelpassive Beiträge zur Haltungskontrolle zu untersuchen.

Um ein Motiv für die Messung der Elektromyographie von den Knöchelmuskeln vorzubereiten, verwenden Sie einzelne Differentialelektroden mit einem Interelektrodenabstand von einem Zentimeter. Markieren Sie den medialen Gastrocnemius an der auffälligsten Wölbung des Muskels, der seitliche Gastrocnemius bei einem Drittel der Linie zwischen dem Kopf der Fibel und der Ferse, der Sosole bei zwei Dritteln der Linie zwischen den medialen Condylen des Oberschenkelknochens und des medialen Malleolus und der tibialis vordere Linie bei einem Drittel der Linie zwischen der Spitze der Fibel und der Spitze des medialen Malleolus. Wenn alle Punkte markiert sind, verwenden Sie ein Rasiermesser, um jeden Bereich zu rasieren und die Haut mit Alkohol zu reinigen.

Wenn die Haut getrocknet ist, verwenden Sie doppelseitiges Klebeband, um eine Elektrode an jedem Bereich zu befestigen, wobei darauf geachtet wird, dass jede Elektrode sicher an der Haut befestigt wird. Um das Motiv auf eine kinematische Messung vorzubereiten, verwenden Sie zunächst einen Gurt, um einen reflektierenden Marker so hoch wie möglich am Schaft des Motivs zu befestigen und das Motiv auf den Körpergurt aufbringen zu lassen. Verwenden Sie einen Riemen, um einen Reflexionsmarker an der Taille des Motivs zu befestigen und das Motiv auf das stehende Gerät klettern zu lassen.

Passen Sie die Fußposition des Motivs an, um die seitlichen und medialen Malleoli jedes Beins an der Pedaldrehachse auszurichten, und verwenden Sie einen Marker, um die Fußpositionen zu skizzieren. Weisen Sie das Subjekt an, seine Füße während der Experimente an den gleichen Stellen zu halten und die vertikale Position der Laser-Entfernungsmesser so einzustellen, dass sie auf die Mitte der reflektierenden Marker zeigen. Passen Sie dann den horizontalen Abstand zwischen dem Laser-Entfernungsmesser und den reflektierenden Markern so an, dass die Entfernungsfinder im mittleren Bereich arbeiten und bei stehenden Experimenten nicht sättigen.

Bevor Sie mit dem Experiment beginnen, informieren Sie den Versuchsgegenstand darüber, was für jede Versuchsbedingung zu erwarten ist. Weisen Sie das Subjekt an, ruhig mit den Händen an der Seite zu stehen und dabei ihr Gleichgewicht zu wahren, während sie mit den realen Störungen konfrontiert werden. Für einen ruhigen Standversuch, lassen Sie das Thema stehen stehen für zwei Minuten ohne Störungen.

Wenn das Ziel bei gestörten Experimenten darin besteht, die Rolle des somatosensorischen Systems oder der Knöchelsteifigkeit im Stehen zu untersuchen, wenden Sie bei der Aufzeichnung der Daten zwei bis drei Minuten lang Pedalstörungen an. Wenn das Ziel darin besteht, die Rolle des Sehens bei der Haltungskontrolle zu untersuchen, wenden Sie visuelle Störungen an, indem Sie das Gesichtsfeld mit dem Virtual-Reality-Headset für zwei bis drei Minuten drehen, während Sie die Daten aufzeichnen. Wenn das Ziel darin besteht, das Zusammenspiel der beiden Systeme in der Haltungskontrolle zu untersuchen, wenden Sie die visuellen und Pedalstörungen gleichzeitig an.

Verwenden Sie zur nicht-parametrischen Identifizierung des dynamischen Verhältnisses des Körperwinkels zu visuellen Störungen nach dem Laden der visuell gestörten Testdaten in ein geeignetes Analysesoftwareprogramm die angegebenen Befehle, um den Rohkörperwinkel und die visuellen Störsignale zu dezimieren und die Mittel mittelmittel aus den dezimierten Signalen zu entfernen. Bestimmen Sie die dezimierte Abtasthäufigkeit, wählen Sie dann die niedrigste Vonsamkeitshäufigkeit aus, um die Fensterlänge zu bestimmen, und wählen Sie den Überlappungsgrad für die Schätzung von Leistungsspektren aus. Definieren Sie den Frequenzvektor, bei dem der Frequenzgang geschätzt werden soll.

Verwenden Sie die TF-Schätzungsfunktion, um den angegebenen Frequenzgang des Systems zu ermitteln und die Verstärkung und Phase des geschätzten Frequenzgangs zu ermitteln, wie gezeigt. Verwenden Sie dann den befehl wie angegeben, um die Kohärenzfunktion zu berechnen und die Verstärkung, Phase und Kohärenz als Funktion der Frequenz darzustellen. In diesem Beispiel einer typischen Standprüfung mit visuellen Störungen kann ein trapezförmiges Signal beobachtet werden, das vom Virtual-Reality-Headset angewendet wird, wenn sich das Sichtfeld in der sagittalen Ebene von Null auf Plus oder minus 0,087 rad dreht.

Die Knöchel- und Körperwinkel waren in dieser Analyse sehr ähnlich, da der Fußwinkel Null ist und sich Schaft und Oberkörper zusammenbewegen. Das Knöcheldrehmoment war auch mit dem Schaft- und Körperwinkel korreliert. Elektromyographen aus den Knöchelmuskeln zeigen, dass der Sohle und der seitliche Gastrocnemius kontinuierlich aktiv sind, aber der mediale Gastrocnemius erzeugt periodisch große Aktivitätsausbrüche mit Körperschwanken und dass der Tibialis-Vordergang stumm ist.

Hierwird wird ein Frequenzgang der Übertragungsfunktion angezeigt, der die visuelle Eingabe auf den Körperwinkel für die Standversuchsdaten bezieht. In diesem Experiment war die Kohärenz bei niedrigen Frequenzen bis zu etwa einem Hertz hoch und fiel bei höheren Frequenzen signifikant ab, was bedeutet, dass der Frequenzgang bis zu einem Hertz aussagekräftig ist. Der Gewinn stieg zunächst von 0,1 auf 0,2 Hertz, bevor er auf einen Hertz abnahm, was das erwartete Tiefpassverhalten aufgrund der hohen Trägheit des Körpers demonstrierte.

Die Phase begann ebenfalls bei Null und verringerte sich fast linear mit der Frequenz, die anzeigte, dass sich die Ausgabe in Bezug auf den Eingang verzögerte. Achten Sie darauf, die Drehachse des Knöchels mit der des Aktuators auszurichten. Stellen Sie sicher, dass das Motiv keine zusätzlichen Bewegungen erzeugt, und stellen Sie sicher, dass die entsprechenden mechanischen und visuellen Störungen verwendet werden.

Erstmalige Benutzer können Schwierigkeiten haben, ein konsistentes wiederholbares experimentelles Paradigma zu etablieren und die geeigneten Identifizierungsmethoden zu verwenden, die close loop, nicht-linear und zeitunterschiedliche Effekte in der Haltungskontrolle berücksichtigen. Diese Methoden wurden verwendet, um eine gesunde Haltungskontrolle und ihre Anpassung zu untersuchen sowie Veränderungen in der Gleichgewichtskontrolle unter einer Vielzahl von experimentellen und klinischen Bedingungen zu quantifizieren.