Summary
Dit protocol is bedoeld om de impact van taakomstandigheden op bewegingsstrategieën bij overlevenden van chronische beroertes te onderzoeken. Verder kan dit protocol worden gebruikt om te onderzoeken of een beperking in elleboogverlenging veroorzaakt door neuromusculaire elektrische stimulatie trunkcompensatie veroorzaakt tijdens doelgerichte armbereiken bij niet-gehandicapte volwassenen.
Abstract
Trunk compensatie is de meest voorkomende bewegingsstrategie ter vervanging van motorische tekorten in de bovenste extremiteit (UE) bij overlevenden van chronische beroertes. Er is een gebrek aan bewijs dat onderzoekt hoe taakomstandigheden van invloed zijn op rompcompensatie en doelgerichte arm die kinematica bereikt. Dit protocol heeft tot doel de impact van taakomstandigheden, met inbegrip van taakmoeilijkheid en complexiteit, op doelgerichte arm bereiken kinematica te onderzoeken. Twee niet-gehandicapte jongvolwassenen en twee overlevenden van een chronische beroerte met een lichte motorische beperking van de UE werden gerekruteerd voor het testen van het protocol. Elke deelnemer voerde doelgerichte armbereiken uit met vier verschillende taakomstandigheden (2 taakproblemen [grote versus kleine doelen] X 2 taakcomplexiteiten [wijzen versus oppakken]). Het taakdoel was om een doel te bereiken en te richten of een object dat zich 20 cm voor de thuispositie bevindt zo snel mogelijk op te pakken met respectievelijk een stylus of een paar eetstokjes, als reactie op een auditieve cue. Deelnemers voerden tien bereiken per taakvoorwaarde uit. Een 3-dimensionaal motion capture camerasysteem werd gebruikt om trunk- en armkinematica op te nemen. Representatieve resultaten toonden aan dat er een aanzienlijke toename was in bewegingsduur, bewegingsrukigheid en rompcompensatie als functie van taakcomplexiteit, maar niet bij taakmoeilijkheid bij alle deelnemers. Overlevenden van chronische beroertes vertoonden aanzienlijk langzamere, schokkerigere en meer feedbackafhankelijke armbereiken en aanzienlijk meer compenserende rompbewegingen dan niet-gehandicapte volwassenen. Onze representatieve resultaten ondersteunen dat dit protocol kan worden gebruikt om de impact van taakomstandigheden op motorische controlestrategieën te onderzoeken bij overlevenden van chronische beroertes met een lichte motorische beperking van de UE.
Introduction
Rompbeweging is de meest voorkomende strategie ter compensatie van beperkte vrijheidsgraden in de elleboog en schouder bij personen met motorische tekorten na een beroerte boven-extremiteit (UE)1,2. Eerdere studies hebben aangetoond dat personen na een beroerte verschillende bewegingsstrategieën gebruiken in verschillende motorische taakomgevingen3,4,5. Dynamische systemen motorische controle theorie legt uit dat bewegingen voortkomen uit interne individuele factoren en externe factoren, zoals taakomstandigheden en omgeving6. Verder legt de wet van Fitt de relatie uit tussen taakmoeilijkheden en bewegingssnelheid, met de neiging om moeilijkere taken uit te voeren met lagere snelheden7. In termen van doelgerichte arm bereiken taken, Gentilucci gemeld dat mensen vertragen hun bereiken bewegingen wanneer ze bereiken en grijpen een kleiner object in vergelijking met een groter object8. De impact van taakcomplexiteit op doelgerichte arm die kinematica en compenserende bewegingsstrategieën bereikt bij overlevenden van chronische beroertes is echter niet goed begrepen. Een eerdere studie die het aanwijzen en begrijpen van taken bij overlevenden van chronische beroertes onderzocht, toonde aan dat verschillen in kinematische variabelen tussen twee verschillende taken verschillen in UE-motorische stoornissen verklaarden, gemeten door de Fugl-Meyer Upper Extremity Score9. Deze studie vergeverde echter niet direct hoe bewegingsstrategieën verschillen in termen van kinematische variabelen tussen het aanwijzen en begrijpen van taken. Een beter begrip van de impact van taakomstandigheden op compenserende bewegingsstrategieën met inachtneming van het individuele motorische beperkingsniveau is cruciaal om effectieve behandelingssessies te ontwerpen om compenserende bewegingen te minimaliseren en de restitutie van motorische beperkingen te maximaliseren. Daarom is het noodzakelijk om te onderzoeken hoe taakomstandigheden, met name taakcomplexiteit, bewegingsstrategieën beïnvloeden bij personen met post-stroke motorische stoornissen. Dit voorgestelde studieprotocol zal de impact van taakomstandigheden op doelgerichte arm bereiken kinematica bij niet-gehandicapte volwassenen en overlevenden van een beroerte onderzoeken. De doelstellingen van dit protocol zijn tweeledig: 1) om te onderzoeken of de complexiteit van de taak van invloed is op rompcompensatie en doelgerichte arm die kinematica bereikt bij overlevenden van chronische beroertes; 2) om te bepalen of dit protocol de kinematica van doelgerichte armbereiken kan onderscheiden tussen niet-gehandicapte volwassenen en overlevenden van chronische beroertes.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De Institutional Review Board (IRB) van SUNY Upstate Medical University keurde dit protocol goed.
1. Screening van deelnemers
- Voer alle onderzoeksmethoden uit met IRB-goedkeuring door de Verklaring van Helsinki.
- Rekruteer niet-gehandicapte volwassenen die geen neurologische of musculoskeletale problemen hebben die de prestaties van de motorische taak van de bovenste extremiteit verhinderen.
- Rekruteer overlevenden van een chronische beroerte waarvan het begin van de beroerte ten minste zes maanden voor studiedeelname is en die een lichte tot matige motorische beperking van de bovenste extremiteit hebben, aangegeven door Fugl-Meyer Assessment of upper extremity score van 19 tot 60 van de 66, en kan hemiparetische pols en vingers vrijwillig ten minste 10 graden verlengen.
- Plan potentiële deelnemers om een sessie voor gegevensverzameling bij te wonen.
- Schriftelijke geïnformeerde toestemming verkrijgen van alle deelnemers aan het onderzoek voordat experimentele procedures worden gestart.
- Screen alle deelnemers op deelname aan het onderzoek aan de hand van vragenlijsten over hun demografie, eerdere geschiedenis van armblessures, handdominantie en vertrouwen in specifieke fijne handmotorische vaardigheidstaken.
2. Bovenste extremiteit motorische uitkomstmaten
- Voer de Perdue Pegboard-test uit met de standaardprocedure10.
- Voer de Fugl-Meyer-beoordeling van de bovenste extremiteitsmotor (FMA-UE) uit volgens de standaardprocedure11,12.
3. Psychosociale en cognitieve gedragsbeoordelingen
- Laat deelnemers de volgende vragenlijsten invullen via het online enquêteplatform: Edinburg Handedness Inventory; een vragenlijst voor eerdere ervaringen met het gebruik van eetstokjes;; en een vragenlijst over zelfeffectiviteit voor het gebruik van eetstokjes.
4. Voorbereiding van doelgerichte arm bereiken taken
- Bereid het motion capture camerasysteem voor op kinematische opname.
- Kalibreer de motion capture camera met behulp van de motion capture workstation software.
- Stel de oorsprong van de wereldcoördinaat in met behulp van de workstationsoftware voor motion capture.
- Plaats alle markeringsdrieklanken op een tabel in het gezichtsveld van camera's voor bewegingsopname en controleer of alle markeringsdrieklanken zich binnen het gezichtsveld bevinden.
- Bereid de software voor het verzamelen van bewegingsopnamegegevens voor om het skeletmodel te bouwen.
- Importeer de markeringssets van de motion capture-werkstationsoftware naar de software voor het verzamelen van motion capture-gegevens.
- Activeer virtuele sensoren (d.w.z. markerdrieklanken).
- Zet wereldbijlen.
- Wijs virtuele sensoren toe aan lichaamssegmenten van het skeletmodel.
- Stel doelgerichte arm in die taakcondities bereikt.
- Plaats een tabel in het midden van het gezichtsveld van de motion capture-camera's.
- Plaats de gelamineerde doelgerichte arm die sjabloonpapier bereikt op het aangewezen gebied op de tafel.
- Bereid een paar eetstokjes op tafel.
- Bereid u voor om het auditieve cue-audiobestand af te spelen.
- Bereid de taakinstructiescripts voor.
- Test het motion capture-systeem om er zeker van te zijn dat het op de juiste manier werkt.
- Stel de deelnemer in.
- Bevestig de reflecterende markeringsdrieklanken aan de huid van de armen, handen en romp van de deelnemer. Gebruik de volgende beschrijving voor de drieklanklocaties van de markering:
Een marker triade voor de stam: tussen mediale randen van het schouderblad
Een marker triade voor elke bovenarm: in het midden van het laterale oppervlak van de bovenarm
Een marker triade voor elke onderarm: in het midden van het dorsale oppervlak van de onderarm
Een marker triade voor elke hand: in het midden van het dorsale oppervlak van het 3 rd middenhandsbeentje - Bereid een eetstokje voor met een marker triade.
- Plaats een markeringsdrieklank op een tafel in het midden van het gezichtsveld van camera's voor bewegingsopnamen.
- Digitaliseer de lichaamssegmenten van de deelnemer met behulp van een bovenste extremiteitsgewricht en een rompskeletmodel dat de volgende oriëntatiepunten bevat met behulp van de software voor het verzamelen van bewegingsopnamegegevens:
Bovenste romp: een plek tussen C7- en T1-wervels
Onderste romp: een plek tussen T12 en L1 wervels
Schouder (glenohumeraal gewricht), twee vlekken op gelijke afstand van het midden van het hoofd van humerus
Elleboog: twee vlekken op de mediale en laterale elleboog die op gelijke afstand staan van het gewrichtscentrum
Pols: twee vlekken op de mediale en laterale pols die op gelijke afstand van het gewrichtscentrum liggen
Hand: de punt van de derde falanx van elke hand - Digitaliseer de punt van de eetstok met een marker triade met behulp van de motion capture data acquisition software.
- Digitaliseer de thuispositie en doelpositie met behulp van de markeringsdrieklank op de tafel met behulp van de software voor het verzamelen van bewegingsopnamegegevens.
- Bevestig de reflecterende markeringsdrieklanken aan de huid van de armen, handen en romp van de deelnemer. Gebruik de volgende beschrijving voor de drieklanklocaties van de markering:
5. Uitvoering van doelgerichte arm bereiken taken
- Plaats de deelnemer in een zitpositie.
- Vraag de deelnemer om naar voren te reiken zonder rompbeweging en zoek vervolgens de tabel om het doel op ongeveer 80% van de maximale arm van de deelnemer te plaatsen die afstand bereikt.
- Instrueer de deelnemer om de rechtopstaande romphouding aan het begin van elke taakuitvoering te behouden. Er is geen beperking van de rompbewegingen tijdens de taakuitvoering.
- Instrueer de deelnemer hoe hij eetstokjes moet gebruiken met behulp van een Youtube-video (https://youtu.be/2Bns2m5Bg4M) om de manier waarop de eetstokjes worden gebruikt te standaardiseren.
- Voer de taakvoorwaarde 1 uit: bereiken en wijzen naar een groot doel.
- Instrueer de deelnemer om een eetstokje vast te houden met de dominante hand (niet-gehandicapte volwassenen) of de paretische hand (deelnemers aan de beroerte). De deelnemer plaatst de punt van een eetstokje in het midden van de thuispositie. Instrueer de deelnemer om de rechtopstaande romphouding aan het begin te behouden.
- Fixeer het sjabloonpapier van de taakvoorwaarde in het aangewezen gebied in de tabel. Het sjabloonpapier bevat twee vierkanten met een kruis in het midden van elk vierkant: een voor de thuispositie en de andere voor het doelgebied. Voor deze taak is de doel vierkante grootte 1 x 1 cm2. De doelpositie bevindt zich 20 voor de thuispositie.
- Beschrijf de taakinstructies.
- Vermeld het volgende: "Het doel van deze taak is om het doelgebied met de punt van de eetstok zo snel en nauwkeurig mogelijk te bereiken en te tikken. U houdt een eetstokje vast met uw rechter (of linker) [geef de uitvoerende hand aan]. Plaats de punt van de eetstok op de thuispositie [geef de thuispositie aan]. Wanneer u een 'GO'-signaal hoort, bereikt en tikt u zo snel mogelijk op het doel [geef het doel aan] met de punt van de eetstok. Probeer zoveel mogelijk op het midden van het doel te tikken. Je hebt drie seconden om op het doel te tikken. Ik geef je 3 seconden na het 'GO'-signaal een 'STOP'-signaal. Als u niet binnen 3 seconden op het doel hebt getikt, brengt u de punt van de eetstok naar de thuispositie en wacht u op de volgende proef. Je voert tien proeven uit met een pauze van 10 seconden tussen de proeven. Heb je nog vragen? [Beantwoord eventuele vragen die de deelnemer heeft en ga vervolgens verder met de kennismakingsproef] Je zult drie proeven hebben als oefening. [Ga na de oefenproeven verder met de eigenlijke proeven] Nu zullen we echte proeven uitvoeren. Probeer zo snel mogelijk te bereiken en te tikken."
- Speel het audiobestand van het auditieve cue-signaal af met een computer om de deelnemer vertrouwd te maken met de cue.
- Voer drie kennismakingsproeven uit.
- Instrueer de deelnemer om klaar te zijn voor de taakuitvoering. Zorg ervoor dat de deelnemer de procedure voor taakprestaties volledig begrijpt.
- Begin met het opnemen van motion capture-gegevens met de software voor het verzamelen van motion capture-gegevens.
- Speel het auditieve cue-audiobestand af met een computer.
- Voer 10 proeven uit.
- Stop de opname van motion capture.
- Neem een pauze van 2 minuten.
- Voer de taakvoorwaarde 2 uit : een klein doel bereiken en aanwijzen.
- Instrueer de deelnemer om een eetstokje vast te houden met de dominante hand (niet-gehandicapte volwassenen) of de paretische hand (deelnemers aan de beroerte). De deelnemer plaatst de punt van een eetstokje in het midden van de thuispositie. Vraag de deelnemer om de rechtopstaande romphouding aan het begin te behouden.
- Fixeer het sjabloonpapier van de taakvoorwaarde in het aangewezen gebied in de tabel. Voor deze taak is de vierkante doelgrootte 0,3 x 0,3 cm2. De doelpositie bevindt zich 20 voor de thuispositie.
- Beschrijf de taakinstructie.
- Vermeld het volgende: "Het doel van deze taak is hetzelfde als de vorige taak: bereik en tik met de punt van de eetstok het doel zo snel en nauwkeurig als je kunt. We zullen een kleiner doel gebruiken [geef het doel aan]. De instructie is hetzelfde als de vorige taak. Wanneer u een 'GO'-signaal hoort, bereikt en tikt u zo snel mogelijk op het doel [geef het doel aan] met de punt van de eetstok. Probeer zoveel mogelijk op het midden van het doel te tikken. Heb je nog vragen? [Beantwoord eventuele vragen die de deelnemer heeft en ga vervolgens verder met de kennismakingsproef] Je zult drie proeven hebben als oefening. [Ga na de kennismakingsproeven verder met de eigenlijke proeven] Nu zullen we echte proeven uitvoeren. Probeer zo snel mogelijk te bereiken en te tikken."
- Speel het audiobestand van het auditieve cue-signaal af met een computer om de deelnemer vertrouwd te maken met de cue.
- Voer drie kennismakingsproeven uit.
- Instrueer de deelnemer om klaar te zijn voor de taakuitvoering. Zorg ervoor dat de deelnemer de procedure voor taakprestaties volledig begrijpt.
- Begin met het opnemen van motion capture-gegevens met de software voor het verzamelen van motion capture-gegevens.
- Speel het auditieve cue-audiobestand af met een computer.
- Voer 10 proeven uit.
- Stop de opname van motion capture.
- Neem een pauze van 2 minuten.
- Voer de taakvoorwaarde 3 uit: een groot doelobject bereiken en oppakken.
- Instrueer de deelnemer om een paar eetstokjes vast te houden met de dominante hand (niet-gehandicapte volwassenen) of de paretische hand (deelnemers aan de beroerte). De deelnemer plaatst de uiteinden van eetstokjes die elkaar raken in het midden van de thuispositie. Vraag de deelnemer om aan het begin een rechtopstaande romphouding aan te houden.
- Fixeer het sjabloonpapier van de taakvoorwaarde in het aangewezen gebied in de tabel. Voor deze taak is het doelobject een plastic kubus van 1 cm aan de rand. Het doelobject bevindt zich 20 voor de thuispositie.
- Plaats het doelobject op het doelgebied.
- Beschrijf de taakinstructies.
- Vermeld het volgende: "Het doel van deze taak is om zo snel mogelijk een plastic kubus te bereiken en op te pakken [geef de kubus aan] met een paar eetstokjes, ongeveer een centimeter hoog zonder te vallen. Je houdt een paar eetstokjes vast met je rechter (of linker) [geef de uitvoerende hand aan]. Plaats de tips van de eetstokjes op de thuispositie [geef de thuispositie aan]. Wanneer u een 'GO'-signaal hoort, bereikt en pakt u de kubus [geef het doel aan] zo snel mogelijk met de eetstokjes, ongeveer een centimeter hoog. Je hebt drie seconden om het doelwit op te pikken. Ik geef je 3 seconden na het 'GO'-signaal een 'STOP'-signaal. Als je het doel niet binnen 3 seconden hebt oppikt, breng dan de tips van de eetstokjes naar de thuispositie en wacht op de volgende proef. Je voert tien proeven uit met een pauze van 10 seconden tussen de proeven. Heb je nog vragen? [Beantwoord eventuele vragen die de deelnemer heeft en ga vervolgens verder met de kennismakingsproef] Je zult drie proeven hebben als oefening. [Ga na de kennismakingsproeven verder met de eigenlijke proeven] Nu zullen we echte proeven uitvoeren. Probeer zo snel mogelijk te bereiken en op te pakken."
- Speel het audiobestand van het auditieve cue-signaal af met een computer om de deelnemer vertrouwd te maken met de cue.
- Voer drie kennismakingsproeven uit.
- Instrueer de deelnemer om klaar te zijn voor de taakuitvoering. Zorg ervoor dat de deelnemer de procedure voor taakprestaties volledig begrijpt.
- Begin met het opnemen van motion capture-gegevens met de software voor het verzamelen van motion capture-gegevens.
- Speel het auditieve cue-audiobestand af met een computer.
- Voer 10 proeven uit.
- Stop de opname van motion capture.
- Neem een pauze van 2 minuten.
- Voer de taakvoorwaarde 4 uit: een klein doelobject bereiken en oppakken.
- Instrueer de deelnemer om een paar eetstokjes vast te houden met de dominante hand (niet-gehandicapte volwassenen) of de paretische hand (deelnemers aan de beroerte). De deelnemer plaatst de uiteinden van eetstokjes die elkaar raken in het midden van de thuispositie. Vraag de deelnemer om aan het begin een rechtopstaande romphouding aan te houden.
- Fixeer het sjabloonpapier van de taakvoorwaarde in het aangewezen gebied in de tabel. Voor deze taak is het doelobject een plastic kubus van 0,3 cm aan de rand. Het doelobject bevindt zich 20 voor de thuispositie.
- Plaats het doelobject op het doelgebied.
- Beschrijf de taakinstructies.
- Vermeld het volgende: "Het doel van deze taak is hetzelfde als de vorige taak: pak zo snel mogelijk een plastic kubus met een paar eetstokjes. We zullen een kleinere plastic kubus gebruiken [geef het doel aan]. De instructie is hetzelfde als de vorige taak. Wanneer u een 'GO'-signaal hoort, bereikt en pakt u de kubus [geef het doel aan] zo snel mogelijk met eetstokjes. Heb je nog vragen? [Beantwoord eventuele vragen die de deelnemer heeft en ga vervolgens verder met de kennismakingsproef] Je zult drie proeven hebben als oefening. [Ga na de kennismakingsproeven verder met de eigenlijke proeven] Nu zullen we echte proeven uitvoeren. Probeer zo snel mogelijk te bereiken en te tikken."
- Speel het audiobestand van het auditieve cue-signaal af met een computer om de deelnemer vertrouwd te maken met de cue.
- Voer drie kennismakingsproeven uit.
- Vraag de deelnemer om klaar te zijn voor de taakprestaties. Zorg ervoor dat de deelnemer de procedure voor taakprestaties volledig begrijpt.
- Begin met het opnemen van motion capture-gegevens met de software voor het verzamelen van motion capture-gegevens.
- Speel het auditieve cue-audiobestand af met een computer.
- Voer de eigenlijke 10 proeven uit.
- Stop de opname van motion capture.
- Neem een pauze van 2 minuten.
- Voer de Intrinsieke motivatie inventarisatie (IMI) uit voor het gebruik van eetstokjes met behulp van online enquêteplatform.
6. Kinematische gegevensanalyse
- Exporteer de gegevens van de volgende oriëntatiepunten uit de software voor het verzamelen van bewegingsopnamegegevens. Exporteer positiegegevens in de x-, y- en z-assen als tekstbestand voor elke taakvoorwaarde.
Uiteinde van een eetstokje
Thuispositie op tafel
Doelpositie op de tafel
handen
Ellebooggewrichten
Schoudergewrichten (glenohumerale gewrichten)
Kofferbak (bij C7) - De kinematische gegevens voorbewerken.
- Gebruik een aangepast programmeerscript om de kinematische gegevens te verwerken.
- Filter en strijk de ruwe positiegegevens met behulp van een 3rd order Butterworth low pass filter met een 3 Hz cutoff.
- Bereken de resulterende x-, y- en z-richtingspositie van de uitvoerende hand.
- Bepaal het begin en de verschuiving van de beweging van elk doelgericht armbereik.
- Om het begin en de offset van de bereikende beweging te bepalen, gebruikt u de tangentiële snelheid (de eerste afgeleide van de positiegegevens) van de resulterende 3-dimensionale positie van de uitvoerende hand.
- Definieer het begin van de beweging als het eerste frame van het bereik, waarbij de tangentiële snelheid hoger is dan 0,01 m/s.
- Definieer bewegingsverschuiving als het laatste frame van het bereik, waarbij de tangentiële snelheid hoger is dan 0,01 m/s.
- Inspecteer het individuele begin van de beweging en offset visueel om er zeker van te zijn dat het begin en de offset correct zijn gelabeld.
- Bepaal de pieksnelheid. De pieksnelheid wordt gedefinieerd als de maximale tangentiële snelheidsamplitude van de proef die de amplitude van 0,2 m/s overschrijdt, en het tijdsinterval tussen 2 pieken moet ten minste 2 seconden13zijn .
- Bereken kinematische variabelen van het bereiken van bewegingen.
- Bereken de bewegingsduur (MD). Bereken het tijdsverschil tussen het begin van de beweging en offset13.
- Bereken de pieksnelheid (PV). Bereken de hoogste snelheid tijdens elk van de bereiken.
- Bereken de absolute en relatieve tijd ten opzichte van de pieksnelheid (TTPV en TTPV % van de bewegingsduur)13.
- Bereken het tijdsverschil tussen het begin van de beweging en de pieksnelheid (absolute TTPV).
- Bereken het percentage TTPV ten opzichte van de verplaatsingsduur (relatieve TTPV).
- Bereken log dimensieloze schok.
- Bereken het derde afgeleide van het resultaat van de 3-dimensionale positie van de uitvoerende hand en bereken vervolgens de log dimensieloze schok van elke arm die beweging bereikt.
- Bereken de verplaatsing van de romp tijdens doelgerichte arm die beweging9,14bereikt .
- Bereken de stamverplaatsing.
- Bereken het afstandsverschil van de hoofdoriëntatiepunt tussen het begin van de beweging en de offset. Gebruik de volgende vergelijking.
Waarbij X, Y en Z de hoofdposities zijn in respectievelijk x-, y- en z-as; 1 is het tijdsbestek bij het begin van de bereikende beweging; k is het tijdsbestek bij de bereikbewegingsverschuiving.
- Bereken het afstandsverschil van de hoofdoriëntatiepunt tussen het begin van de beweging en de offset. Gebruik de volgende vergelijking.
- Bereken de lengte van de schouderbaan.
- Bereken de reisafstand van de schouderoriëntatiepunt tussen het begin van de arm en de offset. De schouder landmark is een virtuele landmark gedigitaliseerd van de motion capture data acquisitie software met behulp van de bovenste extremiteit skelet model. Gebruik de volgende vergelijking voor de berekening van de lengte van het schoudertraject.
Waarbij X, Y en Z de posities van de schouderoriëntatiepunt zijn in respectievelijk x-, y- en z-as; t het tijdsbestek is; t=1 is het tijdsbestek bij het begin van de bereikende beweging; t=k is het tijdsbestek bij de bereikbare bewegingsverschuiving
- Bereken de reisafstand van de schouderoriëntatiepunt tussen het begin van de arm en de offset. De schouder landmark is een virtuele landmark gedigitaliseerd van de motion capture data acquisitie software met behulp van de bovenste extremiteit skelet model. Gebruik de volgende vergelijking voor de berekening van de lengte van het schoudertraject.
- Bereken de stamverplaatsing.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Deze resultaten zijn voorlopige gegevens van twee niet-gehandicapte jongvolwassenen en twee overlevenden van een chronische beroerte met een lichte motorische beperking (Fugl-Meyer Scores van deze twee deelnemers waren hoger dan 60 van de 66). Niet-gehandicapte deelnemers waren rechtshandig en voerden de taken met hun rechterhand uit. Deelnemers aan de beroerte waren ook rechtshandig voor de beroerte en beiden hadden rechter hemiparese. Ze voerden de taak ook uit met hun rechterhand. Deze kinematische variabelen tussen populaties en tussen doelomstandigheden werden vergeleken met behulp van de Wilcoxon signed-rank test.
De lengte van het schoudertraject is een gevoeligere maat voor rompcompensatie tijdens doelgerichte armbereiken (figuur 1). De rompverplaatsing en schouderbaanlengte werden vergeleken om te bepalen welke variabele geschikter zou zijn om rompcompensatie te vertegenwoordigen tijdens doelgerichte armbereiken. Er was geen significant verschil in stamverplaatsing tussen niet-gehandicapte volwassenen en overlevenden van chronische beroertes in alle vier de taakomstandigheden. Er was echter een aanzienlijk grotere schoudertrajectlengte voor overlevenden van chronische beroertes dan niet-gehandicapte volwassenen voor het bereiken en oppakken van taken.
Overlevenden van een chronische beroerte hadden andere kinematische kenmerken van doelgerichte armbereiken dan niet-gehandicapte jongvolwassenen in verschillende taakomstandigheden (figuur 2). Overlevenden van chronische beroertes vertoonden significant langzamer (figuur 2A & B), meer feedback-afhankelijk ( figuur2C) en schokkeriger (figuur 2D) doelgerichte arm bereikt vier verschillende taakomstandigheden in vergelijking met niet-gehandicapte volwassenen. Verder toonden overlevenden van een chronische beroerte aanzienlijk meer rompcompensatie aan dan niet-gehandicapte volwassenen tijdens doelgerichte armbereiken (figuur 2E).
De complexiteit van de taak beïnvloedde kinematische variabelen van doelgerichte armbereikbeweging(figuur 2 & 3). Zowel niet-gehandicapte volwassenen als overlevenden van chronische beroertes toonden langzamere, feedbackafhankelijke en schokkerigere doelgerichte armbereiken voor de complexere taak die een grotere handvaardigheid vereist dan de eenvoudige aanwijstaak (Figuur 2). Er was geen verschil in schoudertrajectlengte tussen twee populaties voor de aanwijstaken, terwijl overlevenden van een beroerte een significant grotere schoudertrajectlengte vertoonden dan niet-gehandicapte jongvolwassenen voor de oppakkende taken (figuur 2). Verder hadden de motorische prestaties meer variabiliteit in proeven voor de complexere taak in vergelijking met de simpertaak (figuur 3).
Figuur 1. Vergelijking van twee verschillende kinematische maatregelen van boomstamcompensatie tijdens doelgerichte wapenbereiken. Groene vioolplots geven de schoudertrajectlengte aan en rode vioolplots tonen de trunk displacement. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2. Vergelijking van doelgerichte arm die kinematica bereikt in verschillende taakomstandigheden tussen niet-gehandicapte volwassenen en overlevenden van chronische beroertes. (A) Bewegingsduur. Rode boxplots zijn gegevens van deelnemers aan een chronische beroerte en blauwe boxplots zijn gegevens van niet-gehandicapte volwassenen. (B) Amplitude van de pieksnelheid. (C) Relatieve tijd tot pieksnelheid. Deze variabele is de tijd tot pieksnelheid als percentage van de bewegingsduur. (D) Log dimensieloze ruk. Deze variabele geeft de vloeiendheid van de beweging aan. Een hogere negatieve waarde in deze variabele betekent een schokkerige beweging. (E) Lengte schoudertraject. Deze variabele geeft de hoeveelheid rompcompensatie aan tijdens doelgerichte armbereiken in alle x-, y- en z-richtingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3. Visualisatie van doelgerichte arm die kinematica bereikt. (A) Doelgerichte arm die prestaties van bereik en punttaak met een groot doel bereikt. (B) Doelgerichte arm die de prestaties van bereik bereikt en taak oppakt met een groot object. Posities van schouder, elleboog, hand en punt van een eetstokje oriëntatiepunten worden gevisualiseerd met gekleurde stippen voor alle tien arm bereiken proeven voor de taakconditie. Posities van die oriëntatiepunten, arm en hand bij het begin van de beweging en offset worden respectievelijk in paars en oranje gemarkeerd. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Voorlopige resultaten ondersteunen dat dit protocol geschikt kan zijn om de impact van taakcomplexiteit op rompcompensatie en doelgerichte arm bereiken van kinematica bij zowel niet-gehandicapte volwassenen als overlevenden van chronische beroertes te onderzoeken.
Deze representatieve resultaten ondersteunen ook dat dit protocol geschikt kan zijn om de kinematische verschillen in doelgerichte armbereiken tussen niet-gehandicapte volwassenen en overlevenden van chronische beroertes te bepalen. Deze bevindingen komen overeen met eerdere studies die doelgerichte armbereiken van overlevenden van chronische beroertes karakteriseerden als langzamere, schokkerigere en meer op feedback gebaseerde bewegingen in vergelijking met niet-gehandicapte controles9,13,14.
In deze voorstudie werd een fijne handmotorische taak met behulp van een paar eetstokjes gebruikt. Het oppakken van een klein voorwerp met behulp van een paar eetstokjes vereist een hoge mate van handvaardigheid15,16. Deze taak is in eerdere studies gebruikt om de hersenfunctie te onderzoeken tijdens de uitvoering van fijne handmotorische taken15,16,17. Verder kan de object pick-up taak met behulp van een paar eetstokjes ook worden gebruikt als een interventie voor het verbeteren van de fijne handmotoriek in neurologische populaties18,19,20. Deze voorlopige resultaten ondersteunen dat personen na een beroerte met een lichte motorische beperking van de bovenste extremiteit de taak voor het ophalen van objecten kunnen uitvoeren met behulp van een paar eetstokjes.
Deze representatieve resultaten ondersteunen het gebruik van dit protocol om de impact van taakcomplexiteit op bewegingsstrategieën bij zowel niet-gehandicapte volwassenen als personen na een beroerte te onderzoeken. Een hypothese dat overlevenden van een chronische beroerte meer rompcompensatie zullen gebruiken voor een complexere motorische taak is getest met twee niet-gehandicapte volwassenen en twee overlevenden van een chronische beroerte. Voorlopige gegevensanalyse onderzocht het bereikende gedeelte (transport van de hand) van de prestaties van de motorische taak. Deze resultaten ondersteunen dat mensen verschillende doelgerichte arm gebruiken die bewegingsstrategieën voor verschillende taken bereiken. In het bijzonder plannen zowel niet-gehandicapte personen als overlevenden van chronische beroertes de beweging anders wanneer ze verschillende taakdoelen hebben. Voor de bereik- en aanwijstaak is het einddoel om op het doel te tikken met de punt van een eetstokje. Aan de andere kant is het einddoel van de object pick-up taak het manipuleren van de eetstokjes om het object nauwkeurig op te pakken. De taak voor het ophalen van objecten vereist dus een nauwkeuriger eindpunt van de eetstokjetip. Verhoogde eisen voor de nauwkeurigheid van de eindpuntpositie leiden ertoe dat de deelnemer langzamer beweegt om het eindpunteffect nauwkeuriger te regelen. Het is dus theoretiserend dat deelnemers meer vertrouwden op feedbackgebaseerde controle van de doelgerichte armbereiken voor de objectopraaptaak in vergelijking met de aanwijstaak. Verder kan het gebruik van meer trunkcompensatie voor de objectopraaptaak dan de aanwijstaak een motorische controlestrategie zijn om de nauwkeurigheid van eindpunteffectorcontrole te verbeteren door de vrijheidsgraden van de bovenste extremiteit te verminderen. 1 Het gebruik van compenserende rompbewegingen vermindert de noodzaak om complexere vrijheidsgraden van de schouder- en ellebooggewrichten te controleren. Met andere woorden, verhoogde rompcompensatie tijdens de uitvoering van complexere motorische taken zou de kans op het bereiken van het taakdoel vergroten.
Deze voorlopige resultaten ondersteunen dat de lengte van het schoudertraject een gevoeligere maat is voor rompcompensatie tijdens doelgerichte armbereiken bij overlevenden van chronische beroertes. Hoewel stamverplaatsing de meest voorkomende kinematische variabele in de huidige literatuur is , heeft het een significante beperking in het vertegenwoordigen van stamcompensatie tijdens doelgerichte armbereiken9,14. Terwijl de stamverplaatsing de rompflexie vangt, kan stamcompensatie tijdens armbereiken worden bereikt door een combinatie van rompflexie, rotatie en laterale flexie. Deze voorlopige resultaten toonden meer contrast in de lengte van het schoudertraject tussen niet-gehandicapte volwassenen en overlevenden van chronische beroertes in vergelijking met de rompverplaatsingsmaatstaf. Aldus stelt dit protocol de lengte van het schoudertraject voor, dat is de reisafstand van de schouderoriëntatiepunt (zijeind van het sleutelbeen) tussen arm die beweging bereikt en compensatie, wordt gemeld om compenserende boomstambeweging tijdens doelgerichte wapen het bereiken van prestaties te karakteriseren. Toekomstige studies met een grotere steekproefgrootte moeten worden uitgevoerd om de eigenschappen van deze nieuwe stamcompensatiemaatregel te bepalen.
Hoewel onze representatieve resultaten het nut van dit protocol ondersteunen, moeten onderzoekers voorzichtig zijn met het gebruik van dit protocol om de relatie tussen taakomstandigheden en arm bereikende bewegingskinematica bij overlevenden van chronische beroertes te onderzoeken. De taak voor het ophalen van objecten met behulp van eetstokjes zou niet geschikt zijn voor overlevenden van chronische beroertes met een matige tot ernstige motorische beperking van de bovenste extremiteit, omdat personen met een grotere ernst van de hand fijne motorische beperking te veel moeite kunnen hebben om deze taak uit te voeren. Het kleinere object dat in deze studie werd gebruikt, was een plastic kubus van 3 mm aan de rand. Het oppakken van dit kleine object kan te moeilijk zijn om uit te voeren voor mensen met een ernstige handmotorische beperking, zelfs met hun vingers. Als alternatief raden we aan om een pincet te gebruiken in plaats van eetstokjes om de taak voor het ophalen van objecten uit te voeren als dit protocol zou worden gebruikt voor een onderzoek met personen na een beroerte met een ernstiger handmotorische beperking. De taak voor het ophalen van objecten met behulp van een pincet is gebruikt in eerdere studies. 18,19 De pincetmotorische taak vereist een vergelijkbaar niveau van handbehendigheid voor de chopstickmotorische taak, maar gemakkelijker dan de eetstokjestaak, en het zou haalbaarder zijn voor personen na een beroerte met ernstige motorische beperkingen in de bovenste extremiteit. 18
De verhoogde rompcompensatie in de taak van het ophalen van voorwerpen met behulp van eetstokjes kan worden beïnvloed door de nieuwheid van de taak voor de deelnemers, aangezien een motorische controlestrategie voor een nieuwe taak een zekere mate van vrijheid bevriest en alle deelnemers aan deze voorstudie geen of weinig ervaring hadden met het gebruik van eetstokjes21. Het gebruik van rompbewegingen wordt geassocieerd met verminderde vrijheidsgraden in de schouder- en ellebooggewrichten. Zo kan compenserende rompbeweging tijdens de taak voor het ophalen van objecten worden gebruikt om de vrijheidsgraden te verminderen en de bereikende beweging beter controleerbaar te maken om het taakdoel te bereiken. Daarom kan een verhoogde trunkcompensatie in de taak voor het ophalen van objecten in vergelijking met de aanwijstaak verband houden met de nieuwheid van de taak voor de deelnemers.
Representatieve resultaten zijn van een klein aantal deelnemers. Daarom moeten grootschalige klinische studies worden uitgevoerd om de werkzaamheid en het nut van dit protocol aan te tonen om de relatie tussen motorische taakomstandigheden en bewegingsstrategieën bij overlevenden van chronische beroertes te onderzoeken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Geen openbaarmaking.
Acknowledgments
De auteurs willen Christopher Neville, Girolamo Mammolito en F. Jerome Pabulayan waarderen voor hun vitale bijdragen aan de ontwikkeling van dit protocol en het verzamelen van gegevens.
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).
