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Neuroscience

El impacto de las condiciones de las tareas motoras en el brazo dirigido a la meta que alcanza la cinemática y la compensación del tronco en los sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular

Published: May 2, 2021 doi: 10.3791/61940
Automatic Translation
1,2, 1, 1,3, 1,4, 1
1Department of Physical Therapy Education, SUNY Upstate Medical University, 2College of Health and Rehabilitation Sciences: Sargent College Center for Neurorehabilitation, Boston University, 3Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of Rochester Medical Center, 4Rehabilitation Today

Summary

Este protocolo está destinado a investigar el impacto de las condiciones de la tarea en las estrategias de movimiento en los sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular. Además, este protocolo se puede utilizar para examinar si una restricción en la extensión del codo inducida por el estímulo eléctrico neuromuscular causa la remuneración del tronco durante alcances meta-dirigidos del brazo en adultos no-lisiados.

Abstract

La compensación del tronco es la estrategia más común del movimiento para substituir para los déficits del motor de la extremidad superior (UE) en sobrevivientes crónicos del movimiento. Hay una falta de evidencia que examine cómo las condiciones de la tarea afectan la compensación del tronco y el brazo dirigido a la meta que alcanza la cinemática. Este protocolo tiene como objetivo investigar el impacto de las condiciones de la tarea, incluida la dificultad y la complejidad de la tarea, en la cinemática de alcance del brazo dirigido a la meta. Reclutaron a dos adultos jovenes no-lisiados y a dos sobrevivientes crónicos del movimiento con la debilitación de motor suave del UE para probar el protocolo. Cada participante realizó alcances de brazo dirigidos a objetivos con cuatro condiciones de tarea diferentes (2 dificultades de tarea [objetivos grandes vs. pequeños] X 2 complejidades de tarea [apuntando vs. recogiendo]). El objetivo de la tarea era alcanzar y apuntar a un objetivo o recoger un objeto situado a 20 cm delante de la posición de la casa lo más rápido posible con un lápiz óptico o un par de palillos, respectivamente, en respuesta a una señal auditiva. Los participantes realizaron diez alcances por condición de tarea. Se utilizó un sistema de cámara de captura de movimiento de 3 dimensiones para grabar la cinemática del tronco y el brazo. Los resultados representativos mostraron que hubo un aumento significativo en la duración del movimiento, la brusquedad del movimiento y la compensación del tronco en función de la complejidad de la tarea, pero no de la dificultad de la tarea en todos los participantes. Los sobrevivientes crónicos del movimiento mostraron alcances perceptiblemente más lentos, más desiguales, y más retroalimentación-dependientes del brazo y perceptiblemente más movimientos compensatorios del tronco que adultos no-lisiados. Nuestros resultados representativos apoyan que este protocolo se puede utilizar para investigar el impacto de las condiciones de la tarea en estrategias del control del motor en sobrevivientes crónicos del movimiento con la debilitación suave del motor del UE.

Introduction

El movimiento del tronco es la estrategia más común para compensar los grados limitados de libertad en el codo y el hombro en individuos con déficits motores de extremidad superior (UE) post-accidente cerebrovascular1,2. Estudios anteriores han demostrado que los individuos post-accidente cerebrovascular emplean diferentes estrategias de movimiento en diferentes entornos de tareasmotoras 3,4,5. La teoría del control motor de sistemas dinámicos explica que los movimientos surgen de factores individuales internos y externos, como las condiciones de la tarea y el entorno6. Además, la ley de Fitt explica la relación entre la dificultad de la tarea y la velocidad del movimiento, con una tendencia a realizar tareas más difíciles con velocidades más lentas7. En términos de tareas de alcance de brazo dirigidas a la meta, Gentilucci informó que las personas ralentizan sus movimientos de alcance cuando alcanzan y agarran un objeto más pequeño en comparación con un objeto más grande8. Sin embargo, el impacto de la complejidad de la tarea en el brazo meta-dirigido que alcanza la cinemática y las estrategias compensatorias del movimiento en sobrevivientes crónicos del movimiento no se entiende bien. Un estudio anterior que examinó las tareas de apuntar y agarre en sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular demostró que las diferencias en las variables cinemáticas entre dos tareas diferentes explicaban las diferencias en el deterioro motor de la UE medido por la puntuación de la extremidad superior de Fugl-Meyer9. Sin embargo, este estudio no comparó directamente cómo las estrategias de movimiento son diferentes en términos de variables cinemáticas entre las tareas de apuntamiento y agarre. Una mejor comprensión del impacto de las condiciones de la tarea en las estrategias de movimiento compensatorio en consideración del nivel de deterioro motor individual es crucial para diseñar sesiones de tratamiento efectivas para minimizar los movimientos compensatorios y maximizar la restitución del deterioro motor. Por lo tanto, es imperativo investigar cómo las condiciones de la tarea, específicamente la complejidad de la tarea, afectan las estrategias de movimiento en individuos con deterioro motor posterior a la carrera. Este protocolo de estudio propuesto investigará el impacto de las condiciones de la tarea en el brazo dirigido a objetivos que alcanza la cinemática en adultos no discapacitados y sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares. Las punterías de este protocolo son dos: 1) investigar si la complejidad de la tarea influencia la remuneración del tronco y el brazo meta-dirigido que alcanza la cinemática en sobrevivientes crónicos del movimiento; 2) para determinar si este protocolo puede distinguir la cinemática de los alcances meta-dirigidos del brazo entre los adultos no-lisiados y los sobrevivientes crónicos del movimiento.

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Protocol

La Junta de Revisión Institucional (IRB) de suny Upstate Medical University aprobó este protocolo.

1. Selección de participantes

  1. Realizar todos los métodos de investigación con la aprobación del IRB por la Declaración de Helsinki.
  2. Reclutar adultos no discapacitados que no tienen ningún problema neurológico o musculoesquelético que prevenga el rendimiento de la tarea motora de las extremidades superiores.
  3. Reclutar sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular cuyo inicio del accidente cerebrovascular es por lo menos seis meses antes de la participación en el estudio y que tienen un deterioro motor de la extremidad superior de leve a moderado, indicado por Fugl-Meyer Evaluación de la puntuación de la extremidad superior de 19 a 60 de 66, y puede extender la muñeca hemiparetic y los dedos por lo menos 10 grados voluntariamente.
  4. Programe a los participantes potenciales para que asistan a una sesión de recopilación de datos.
  5. Obtener el consentimiento informado por escrito de todos los participantes de la investigación antes de iniciar cualquier procedimiento experimental.
  6. Examine a todos los participantes para determinar la elegibilidad para participar en el estudio utilizando cuestionarios con respecto a sus datos demográficos, historial previo de lesiones en el brazo, dominio de la mano y confianza en tareas específicas de habilidad motora de la mano fina.

2. Medidas de resultado motor de extremidades superiores

  1. Realice la prueba de clavija perdue con el procedimiento estándar10.
  2. Realizar la evaluación Fugl-Meyer del motor de las extremidades superiores (FMA-UE) utilizando el procedimiento estándar11,12.

3. Evaluaciones psicosociales y cognitivo-conductuales

  1. Haga que los participantes completen los siguientes cuestionarios utilizando la plataforma de encuestas en línea: Edinburg Handedness Inventory; un cuestionario para la experiencia previa en el uso de palillos.; y un cuestionario de autoeficacia para el uso de palillos.

4. Preparación de tareas de alcance de brazos dirigidas a objetivos

  1. Prepare el sistema de cámara de captura de movimiento para la grabación cinemática.
    1. Calibre la cámara de captura de movimiento utilizando el software de estación de trabajo de captura de movimiento.
    2. Establezca el origen de la coordenada del mundo utilizando el software de estación de trabajo de captura de movimiento.
    3. Coloque todas las tríadas de marcadores en una mesa en el campo de visión de las cámaras de captura de movimiento y compruebe si todas las tríadas de marcadores están dentro del campo de visión.
  2. Prepare el software de adquisición de datos de captura de movimiento para construir el modelo esquelético.
    1. Importe los conjuntos de marcadores del software de estación de trabajo de captura de movimiento al software de adquisición de datos de captura de movimiento.
    2. Activar sensores virtuales (es decir, tríadas de marcadores).
    3. Establecer ejes de mundo.
    4. Asigne sensores virtuales a los segmentos de cuerpo del modelo de esqueleto.
  3. Configure el brazo dirigido a la meta que alcanza condiciones de la tarea.
    1. Coloque una mesa en el centro del campo de visión de las cámaras de captura de movimiento.
    2. Coloque el brazo laminado dirigido a la meta que alcanza el papel de la plantilla en el área designada en la mesa.
    3. Prepare un par de palillos en la mesa.
    4. Prepárese para reproducir el archivo de audio de señal auditiva.
    5. Prepare los scripts de instrucciones de tarea.
    6. Pruebe el sistema de captura de movimiento para asegurarse de que funciona correctamente.
  4. Configure el participante.
    1. Coloque las tríadas de marcador reflectantes a la piel de los brazos, las manos y el tronco del participante. Utilice la siguiente descripción para las ubicaciones de la tríada de marcadores:
      Una tríada marcadora para el tronco: entre los bordes mediales de las escápulas
      Una tríada de marcador para cada brazo superior: en el centro de la superficie lateral de la parte superior del brazo
      Una tríada marcadora para cada antebrazo: en el centro de la superficie dorsal del antebrazo
      Una tríada marcadora para cada mano: en el centro de la superficie dorsal del3º hueso metacarpiano
    2. Prepare un palillo con una tríada marcadora.
    3. Coloque una tríada de marcadores en una mesa ubicada en el centro del campo de visión de las cámaras de captura de movimiento.
    4. Digitalice los segmentos del cuerpo del participante utilizando un modelo de articulaciones de extremidades superiores y esqueleto del tronco que incluya los siguientes puntos de referencia utilizando el software de adquisición de datos de captura de movimiento:
      Tronco superior: un punto entre las vértebras C7 y T1
      Tronco inferior: un punto entre las vértebras T12 y L1
      Hombro (articulación glenohumeral), dos manchas de equidistancia desde el centro de la cabeza del húmero
      Codo: dos manchas en el codo medial y lateral que son equidistantes del centro de la articulación
      Muñeca: dos manchas en la muñeca medial y lateral que son equidistantes del centro de la articulación
      Mano: la punta de la tercera falange de cada mano
    5. Digitalice la punta del palillo con una tríada de marcadores utilizando el software de adquisición de datos de captura de movimiento.
    6. Digitalice la posición de inicio y la posición de destino utilizando la tríada de marcadores ubicada en la mesa utilizando el software de adquisición de datos de captura de movimiento.

5. Realización de tareas de alcance de brazo dirigidas a objetivos

  1. Coloque al participante en una posición sentada.
  2. Pídale al participante que alcance hacia adelante sin movimiento del tronco, luego ubique la mesa para colocar el objetivo en aproximadamente el 80% de la distancia máxima de alcance del brazo del participante.
  3. Indique al participante que mantenga la postura vertical del tronco al principio de la ejecución de cada tarea. No habrá ninguna restricción en los movimientos del tronco durante la ejecución de la tarea.
  4. Instruya al participante cómo usar palillos usando un video de Youtube (https://youtu.be/2Bns2m5Bg4M) para estandarizar la forma de usar los palillos.
  5. Realice la condición de tarea 1: alcanzar y señalar a un destino grande.
    1. Instruya al participante a sostener un palillo con la mano dominante (adultos no discapacitados) o la mano parética (participantes con accidente cerebrovascular). El participante colocará la punta de un palillo tocando en el centro de la posición de inicio. Instruya al participante para que mantenga la postura vertical del tronco al principio.
    2. Fije el papel de la plantilla de condición de tarea en el área designada de la tabla. El documento de plantilla incluye dos cuadrados con una cruz en el centro de cada cuadrado: uno para la posición de inicio y el otro para el área de destino. Para esta tarea, el tamaño cuadrado objetivo es de 1 x 1 cm2. La posición objetivo se encuentra 20 delante de la posición de inicio.
    3. Describa las instrucciones de la tarea.
      1. Indique lo siguiente: "El objetivo de esta tarea es alcanzar y tocar el área objetivo con la punta del palillo lo más rápido y preciso posible. Sostendrá un palillo con su derecha (o izquierda) [indique la mano que realiza]. Coloque la punta del palillo en la posición de inicio [indique la posición de inicio]. Cuando escuche una señal 'GO', alcance y toque el objetivo [indique el objetivo] con la punta del palillo lo más rápido posible. Trate de tocar el centro del objetivo tanto como puedas. Tendrás tres segundos para tocar el objetivo. Te daré una señal 'STOP' 3 segundos después de la señal 'GO'. Si no toque el objetivo en 3 segundos, lleve la punta del palillo a la posición de inicio y espere a la siguiente prueba. Usted realizará diez ensayos con un descanso de 10 segundos entre los ensayos. ¿Tienes alguna pregunta? [Aborde cualquier pregunta que tenga el participante, luego proceda al ensayo de familiarización] Usted tendrá tres ensayos como práctica. [Después de los ensayos de práctica, proceder a los ensayos reales] Ahora, vamos a realizar ensayos reales. Trate de alcanzar y tocar lo más rápido que pueda".
    4. Reproduzca el archivo de audio de la señal de señal auditiva con una computadora para familiarizar al participante con la señal.
    5. Realice tres ensayos de familiarización.
    6. Indique al participante que esté listo para el rendimiento de la tarea. Asegúrese de que el participante entiende completamente el procedimiento de rendimiento de la tarea.
    7. Inicie la grabación de captura de movimiento con el software de adquisición de datos de captura de movimiento.
    8. Reproduzca el archivo de audio de señal auditiva con un ordenador.
    9. Realizar 10 ensayos.
    10. Grabación de captura de stop motion.
    11. Tómese un descanso de 2 minutos.
  6. Realice la condición de tarea 2: alcanzar y señalar a un destino pequeño.
    1. Instruya al participante a sostener un palillo con la mano dominante (adultos no discapacitados) o la mano parética (participantes con accidente cerebrovascular). El participante colocará la punta de un palillo tocando en el centro de la posición de inicio. Pida al participante que mantenga la postura vertical del tronco al principio.
    2. Fije el papel de la plantilla de condición de tarea en el área designada de la tabla. Para esta tarea, el tamaño cuadrado objetivo es de 0,3 X 0,3 cm2. La posición objetivo se encuentra 20 delante de la posición de inicio.
    3. Describa la instrucción de tarea.
      1. Indique lo siguiente: "El objetivo de esta tarea es el mismo que la tarea anterior: alcanzar y tocar con la punta del palillo el objetivo de la manera más rápida y precisa posible. Usaremos un objetivo más pequeño [indicar el objetivo]. La instrucción es la misma que la tarea anterior. Cuando escuche una señal 'GO', alcance y toque el objetivo [indique el objetivo] con la punta del palillo lo más rápido posible. Trate de tocar el centro del objetivo tanto como puedas. ¿Tienes alguna pregunta? [Aborde cualquier pregunta que tenga el participante, luego proceda al ensayo de familiarización] Usted tendrá tres ensayos como práctica. [Después de los ensayos de familiarización, proceder a los ensayos reales] Ahora, vamos a realizar ensayos reales. Trate de alcanzar y tocar lo más rápido que pueda".
    4. Reproduzca el archivo de audio de la señal de señal auditiva con una computadora para familiarizar al participante con la señal.
    5. Realice tres ensayos de familiarización.
    6. Indique al participante que esté listo para el rendimiento de la tarea. Asegúrese de que el participante entiende completamente el procedimiento de rendimiento de la tarea.
    7. Inicie la grabación de captura de movimiento con el software de adquisición de datos de captura de movimiento.
    8. Reproduzca el archivo de audio de señal auditiva con un ordenador.
    9. Realizar 10 ensayos.
    10. Grabación de captura de stop motion.
    11. Tómese un descanso de 2 minutos.
  7. Realizar la condición de tarea 3: alcanzar y recoger un objeto de destino grande.
    1. Instruya al participante a sostener un par de palillos con la mano dominante (adultos no discapacitados) o la mano parética (participantes con accidente cerebrovascular). El participante colocará las puntas de los palillos tocando en el centro de la posición de casa. Pídale al participante que mantenga la postura vertical del tronco al principio.
    2. Fije el papel de la plantilla de condición de tarea en el área designada de la tabla. Para esta tarea, el objeto objetivo es un cubo de plástico de 1 cm en el borde. El objeto de destino se encuentra 20 delante de la posición inicial.
    3. Coloque el objeto de destino en el área de destino.
    4. Describa las instrucciones de la tarea.
      1. Indique lo siguiente: "El objetivo de esta tarea es alcanzar y recoger un cubo de plástico [indicar el cubo] con un par de palillos lo más rápido posible, alrededor de una pulgada de altura sin caer. Sostendrá un par de palillos con su derecha (o izquierda) [indique la mano que realiza]. Coloque las puntas de los palillos en la posición de inicio [indique la posición de inicio]. Cuando escuche una señal 'GO', alcance y recoja el cubo [indique el objetivo] con los palillos lo más rápido que pueda, aproximadamente una pulgada de altura. Tendrás tres segundos para recoger el objetivo. Te daré una señal 'STOP' 3 segundos después de la señal 'GO'. Si no recogió el objetivo en 3 segundos, lleve las puntas de los palillos a la posición de casa y espere a la próxima prueba. Usted realizará diez ensayos con un descanso de 10 segundos entre los ensayos. ¿Tienes alguna pregunta? [Aborde cualquier pregunta que tenga el participante, luego proceda al ensayo de familiarización] Usted tendrá tres ensayos como práctica. [Después de los ensayos de familiarización, proceder a los ensayos reales] Ahora, vamos a realizar ensayos reales. Trata de llegar y recoger lo más rápido que puedas".
    5. Reproduzca el archivo de audio de la señal de señal auditiva con una computadora para familiarizar al participante con la señal.
    6. Realice tres ensayos de familiarización.
    7. Indique al participante que esté listo para el rendimiento de la tarea. Asegúrese de que el participante entiende completamente el procedimiento de rendimiento de la tarea.
    8. Inicie la grabación de captura de movimiento con el software de adquisición de datos de captura de movimiento.
    9. Reproduzca el archivo de audio de señal auditiva con un ordenador.
    10. Realizar 10 ensayos.
    11. Grabación de captura de stop motion.
    12. Tómese un descanso de 2 minutos.
  8. Realizar la condición de tarea 4 - Alcanzar y recoger un objeto de destino pequeño.
    1. Instruya al participante a sostener un par de palillos con la mano dominante (adultos no discapacitados) o la mano parética (participantes con accidente cerebrovascular). El participante colocará las puntas de los palillos tocando en el centro de la posición de casa. Pídale al participante que mantenga la postura vertical del tronco al principio.
    2. Fije el papel de la plantilla de condición de tarea en el área designada de la tabla. Para esta tarea, el objeto objetivo es un cubo de plástico de 0,3 cm en el borde. El objeto de destino se encuentra 20 delante de la posición inicial.
    3. Coloque el objeto de destino en el área de destino.
    4. Describa las instrucciones de la tarea.
      1. Indique lo siguiente: "El objetivo de esta tarea es el mismo que la tarea anterior: alcanzar y recoger un cubo de plástico con un par de palillos lo más rápido posible. Usaremos un cubo de plástico más pequeño [indicar el objetivo]. La instrucción es la misma que la tarea anterior. Cuando escuche una señal 'GO', alcance y recoja el cubo [indique el objetivo] con palillos lo más rápido posible. ¿Tienes alguna pregunta? [Aborde cualquier pregunta que tenga el participante, luego proceda al ensayo de familiarización] Usted tendrá tres ensayos como práctica. [Después de los ensayos de familiarización, proceder a los ensayos reales] Ahora, vamos a realizar ensayos reales. Trate de alcanzar y tocar lo más rápido que pueda".
    5. Reproduzca el archivo de audio de la señal de señal auditiva con una computadora para familiarizar al participante con la señal.
    6. Realice tres ensayos de familiarización.
    7. Pida al participante que esté listo para el desempeño de la tarea. Asegúrese de que el participante entiende completamente el procedimiento de rendimiento de la tarea.
    8. Inicie la grabación de captura de movimiento con el software de adquisición de datos de captura de movimiento.
    9. Reproduzca el archivo de audio de señal auditiva con un ordenador.
    10. Realice los 10 ensayos reales.
    11. Grabación de captura de stop motion.
    12. Tómese un descanso de 2 minutos.
  9. Realizar el inventario de motivación intrínseca (IMI) para el uso de palillos utilizando la plataforma de encuestas en línea.

6. Análisis cinemático de datos

  1. Exporte los datos de los siguientes puntos de referencia desde el software de adquisición de datos de captura de movimiento. Exporte los datos de posición en los ejes x, y y z como un archivo de texto para cada condición de tarea.
    Punta de un palillo
    Posición de inicio en la mesa
    Posición de destino en la tabla
    manos
    Articulaciones del codo
    Articulaciones de los hombros (articulaciones glenohumerales)
    Tronco (en C7)
  2. Preprocese los datos cinemáticos.
    1. Utilice un script de programación personalizado para procesar los datos cinemáticos.
    2. Filtre y alimente los datos de posición sin procesar utilizando un filtro de paso bajo Butterworth de 3º orden con un límite de 3 Hz.
    3. Calcule el resultado de la posición de dirección x, y y z de la mano que realiza.
  3. Determine el inicio del movimiento y la compensación de cada alcance del brazo meta-dirigido.
    1. Para determinar el inicio y el desplazamiento del movimiento de alcance, utilice la velocidad tangencial (la primera derivada de los datos de posición) de la posición resultante de la posición de 3 dimensiones de la mano que realiza.
    2. Defina el inicio del movimiento como el primer fotograma del alcance, donde la velocidad tangencial está por encima de 0,01 m/s.
    3. Defina el desplazamiento de movimiento como el último fotograma del alcance, donde la velocidad tangencial está por encima de 0,01 m/s.
    4. Inspeccione el individuo que alcanza el inicio del movimiento y compense visualmente para asegurarse de que el inicio y el desplazamiento estén etiquetados correctamente.
  4. Determine la velocidad máxima. La velocidad de pico se define como la amplitud de velocidad tangencial máxima del ensayo que excede la amplitud de 0,2 m/s, y el intervalo de tiempo entre 2 picos debe ser de al menos 2 segundos13.
  5. Calcular variables cinemáticas de movimientos de alcance.
    1. Calcular la duración del movimiento (MD). Calcular la diferencia de tiempo entre el inicio del movimiento y el desplazamiento13.
    2. Calcular la velocidad máxima (PV). Calcula la velocidad más alta durante cada uno de los alcances.
    3. Calcular el tiempo absoluto y relativo hasta la velocidad máxima (TTPV y TTPV % de la duración del movimiento)13.
      1. Calcular la diferencia de tiempo entre el inicio del movimiento y la velocidad máxima (TTPV absoluto).
      2. Calcular el porcentaje de TTPV en relación con la duración del movimiento (TTPV relativo).
    4. Calcular el tirón adimensional del registro.
      1. Calcule la tercera derivada de la resultante de la posición de 3 dimensiones de la mano que realiza, luego calcule el tirón adimensional logarítmico de cada brazo que alcanza el movimiento.
    5. Calcular el desplazamiento del tronco durante el brazo dirigido por la meta alcanzando el movimiento9,14.
      1. Calcule el desplazamiento del tronco.
        1. Calcule la diferencia de distancia del punto de referencia del tronco entre el inicio del movimiento y el desplazamiento. Utilice la siguiente ecuación.
          Equation 1
          Donde X, Y y Z son las posiciones de punto de referencia del tronco en los ejes x, y y z, respectivamente; 1 es el marco de tiempo en el inicio del movimiento que alcanza; k es el marco de tiempo en el desplazamiento de movimiento de alcance.
      2. Calcular la longitud de la trayectoria del hombro.
        1. Calcule la distancia de viaje del punto de referencia del hombro entre el brazo que alcanza el inicio del movimiento y el desplazamiento. El hito del hombro es un punto de referencia virtual digitalizado a partir del software de adquisición de datos de captura de movimiento utilizando el modelo de esqueleto de extremidad superior. Utilice la siguiente ecuación para el cálculo de la longitud de la trayectoria del hombro.
          Equation 2
          Donde X, Y y Z son las posiciones del punto de referencia del hombro en los ejes x, y y z, respectivamente; t es el marco temporal; t=1 es el marco de tiempo en el inicio del movimiento que alcanza; t=k es el marco de tiempo en el desplazamiento del movimiento de alcance

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Representative Results

Estos resultados son datos preliminares de dos adultos jóvenes no discapacitados y dos sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular con deterioro motor leve (las puntuaciones de Fugl-Meyer de estos dos participantes fueron superiores a 60 de 66). Los participantes no discapacitados fueron diestros y realizaron las tareas con la mano derecha. Los participantes del movimiento eran también diestros antes del movimiento y ambos tenían hemiparesis correcto. También realizaron la tarea con la mano derecha. Estas variables cinemáticas entre poblaciones y entre condiciones objetivo se compararon mediante la prueba de rango con signo de Wilcoxon.

La longitud de la trayectoria del hombro es una medida más sensible de la compensación del tronco durante los alcances del brazo dirigidos a la meta (Figura 1). La dislocación del tronco y la longitud de la trayectoria del hombro fueron comparadas para determinar qué variable sería más apropiada representar la remuneración del tronco durante alcances meta-dirigidos del brazo. No hubo diferencias significativas en el desplazamiento del tronco entre los adultos no discapacitados y los sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular en las cuatro condiciones de la tarea. Sin embargo, hubo una longitud de trayectoria de hombro significativamente mayor para los sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular que para los adultos no discapacitados para alcanzar y recoger tareas.

Los sobrevivientes crónicos del movimiento tenían diversas características cinemáticas de alcances meta-dirigidos del brazo que adultos jovenes no-lisiados a través de diversas condiciones de la tarea (cuadro 2). Los sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular mostraron significativamente más lentos(Figura 2A &B),más dependientes de la retroalimentación(Figura 2C),y el brazo dirigido a objetivos(Figura 2D)alcanza cuatro condiciones de tarea diferentes en comparación con los adultos no discapacitados. Además, los sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular demostraron significativamente más compensación en el tronco que los adultos no discapacitados durante los alcances del brazo dirigidos a la meta (Figura 2E).

La complejidad de la tarea afectó las variables cinemáticas del brazo dirigido a la meta que alcanza el movimiento(Figura 2 & 3). Tanto los adultos no discapacitados como los sobrevivientes crónicos de accidentes cerebrovasculares demostraron alcances de brazo más lentos, dependientes de la retroalimentación y más desiguales dirigidos a los objetivos para la tarea más compleja que requiere mayor destreza de la mano que la simple tarea de apuntar (Figura 2). No hubo diferencias en la longitud de la trayectoria del hombro entre dos poblaciones para las tareas de apuntamiento, mientras que los sobrevivientes del accidente cerebrovascular mostraron una longitud de trayectoria del hombro significativamente mayor que los adultos jóvenes no discapacitados para las tareas de recolección (Figura 2). Además, el rendimiento motor tuvo más variabilidad entre los ensayos para la tarea más compleja en comparación con la tarea de simper (Figura 3).

Figure 1
Figura 1. Comparación de dos diversas medidas cinemáticas de la remuneración del tronco durante alcances meta-dirigidos del brazo. Las tramas de violín verde indican la longitud de la trayectoria del hombro, y las tramas de violín rojo muestran el desplazamiento del tronco. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

Figure 2
Figura 2. Comparación de la cinemática de alcance de brazo dirigido a objetivos en diferentes condiciones de tarea entre adultos no discapacitados y sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares crónicos. (A) Duración del movimiento. Las gráficas de caja rojas son datos de participantes de accidentes cerebrovasculares crónicos, y las gráficas de caja azules son datos de adultos no discapacitados. (B) Amplitud de velocidad máxima. (C) Tiempo relativo a la velocidad máxima. Esta variable es el tiempo hasta la velocidad máxima como porcentaje de la duración del movimiento. (D) Registro adimensional tirón. Esta variable indica la suavidad del movimiento. Un valor negativo más alto en esta variable significa un movimiento más brusca. (E) Longitud de la trayectoria del hombro. Esta variable indica la cantidad de compensación del tronco durante los alcances del brazo dirigido por el objetivo en todas las direcciones x, y y z. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

Figure 3
Figura 3. Visualización del brazo meta-dirigido que alcanza cinemática. (A) Brazo dirigido a la meta que alcanza el rendimiento de la tarea de alcance y punto con un objetivo grande. (B)Brazo dirigido a la meta alcanzando la realización de la tarea de alcance y recogida con un objeto grande. Las posiciones del hombro, codo, mano y punta de los puntos de referencia de un palillo se visualizan con puntos de colores para los diez brazos que alcanzan las pruebas para la condición de la tarea. Las posiciones de esos puntos de referencia, el brazo y la mano en el inicio del movimiento y el desplazamiento se resaltan en púrpura y naranja, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más amplia de esta figura.

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Discussion

Los resultados preliminares apoyan que este protocolo puede ser apropiado investigar el impacto de la complejidad de la tarea en la remuneración del tronco y el brazo meta-dirigido que alcanza la cinemática en adultos no-lisiados y sobrevivientes crónicos del movimiento.

Estos resultados representativos también apoyan que este protocolo puede ser apropiado determinar las diferencias cinemáticas en alcances meta-dirigidos del brazo entre los adultos no-lisiados y los sobrevivientes crónicos del movimiento. Estos hallazgos son consistentes con estudios anteriores que caracterizaron los alcances de brazos dirigidos a objetivos de los sobrevivientes crónicos de accidentes cerebrovasculares como movimientos más lentos, bruscos y más basados en la retroalimentación en comparación con los controles no discapacitados9,13,14.

En este estudio preliminar, una tarea fina del motor de la mano usando un par de palillos fue empleada. Recoger un objeto pequeño usando un par de palillos requiere un alto nivel de destreza de la mano15,16. Esta tarea ha sido utilizada en estudios previos para investigar la función cerebral durante la realización de tareas motrices de mano fina15,16,17. Además, la tarea de recogida de objetos utilizando un par de palillos también se puede utilizar como una intervención para mejorar las habilidades motoras de la mano fina en poblaciones neurológicas18,19,20. Estos resultados preliminares apoyan que los individuos del poste-movimiento con la debilitación suave del motor de la extremidad superior pueden realizar la tarea de la recogida del objeto usando un par de palillos.

Estos resultados representativos apoyan el uso de este protocolo para investigar el impacto de la complejidad de la tarea en estrategias del movimiento en adultos no-lisiados y individuos del poste-movimiento. Una hipótesis que los sobrevivientes crónicos del movimiento utilizarán más remuneración del tronco para una tarea más compleja del motor se ha probado con dos adultos no-lisiados y dos sobrevivientes crónicos del movimiento. El análisis preliminar de los datos examinó la porción que alcanzaba (transporte de la mano) del funcionamiento de la tarea del motor. Estos resultados apoyan que las personas emplean diferentes estrategias de movimiento de alcance de brazos dirigidos a objetivos para diferentes tareas. Específicamente, tanto las personas no discapacitadas como los sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares crónicos planifican el movimiento de manera diferente cuando tienen diferentes objetivos de tarea. Para la tarea de alcanzar y apuntar, el objetivo final es tocar el objetivo con la punta de un palillo. Por otro lado, el objetivo final de la tarea de recogida de objetos es manipular los palillos para recoger el objeto con precisión. Por lo tanto, la tarea de recogida de objetos requiere un extremo más preciso de la punta del palillo. El aumento de las demandas de precisión de la posición del punto final hace que el participante se mueva más lentamente para controlar el efector del punto final con mayor precisión. Por lo tanto, se teoriza que los participantes confiaron más en el control basado en la retroalimentación de los alcances del brazo dirigido a la meta para la tarea de recogida de objetos en comparación con la tarea de apuntamiento. Además, el uso de más compensación del tronco para la tarea de recogida de objetos que la tarea de apuntamiento podría ser una estrategia de control motor para mejorar la precisión del control del efector del punto final mediante la reducción de los grados de libertad de la extremidad superior. 1 El empleo de movimientos compensatorios del tronco reduce la necesidad de controlar grados más complejos de libertad de las articulaciones del hombro y el codo. En otras palabras, el aumento de la compensación del tronco durante la realización de tareas motoras más complejas aumentaría la probabilidad de la consecución del objetivo de la tarea.

Estos resultados preliminares apoyan que la longitud de la trayectoria del hombro es una medida más sensible de la remuneración del tronco durante alcances meta-dirigidos del brazo en sobrevivientes crónicos del movimiento. Aunque el desplazamiento del tronco es la variable cinemática más común en la literatura actual, tiene una limitación significativa en la representación de la compensación del tronco durante los alcances del brazo dirigido por la meta9,14. Mientras que la dislocación del tronco captura la flexión del tronco, la remuneración del tronco durante alcances del brazo se puede lograr por una combinación de flexión del tronco, de rotación, y de flexión lateral. Estos resultados preliminares mostraron más contraste en la longitud de la trayectoria del hombro entre adultos no discapacitados y sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares crónicos en comparación con la medida de desplazamiento del tronco. Por lo tanto, este protocolo propone que la longitud de la trayectoria del hombro, que es la distancia de viaje del hombro (extremo lateral de la clavícula) entre el brazo que alcanza el inicio del movimiento y la compensación, se informe para caracterizar el movimiento compensatorio del tronco durante el rendimiento de alcance del brazo dirigido a la meta. Los estudios futuros con un tamaño de muestra más grande se deben conducir para determinar las propiedades de esta medida nueva de la remuneración del tronco.

Aunque nuestros resultados representativos apoyan la utilidad de este protocolo, los investigadores deben ser cautelosos sobre el uso de este protocolo para investigar la relación entre las condiciones de la tarea y el brazo que alcanza la cinemática del movimiento en sobrevivientes crónicos del movimiento. La tarea de recogida de objetos usando palillos no sería apropiada para los sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular con deterioro motor de la extremidad superior moderado a grave, ya que los individuos con mayor gravedad del deterioro motor fino de la mano pueden tener demasiada dificultad para realizar esta tarea. Específicamente, el objeto más pequeño utilizado en este estudio fue un cubo de plástico de 3 mm en el borde. Recoger este pequeño objeto puede ser demasiado difícil de realizar para aquellos que tienen un deterioro motor severo de la mano, incluso con los dedos. Alternativamente, sugerimos usar una pinza en lugar de palillos para realizar la tarea de recogida de objetos si este protocolo se utilizara para un estudio de investigación con individuos poste-accidente cerebrovascular con deterioro motor de la mano más grave. La tarea de recogida de objetos con pinzas se ha utilizado en estudios anteriores. 18,19 La tarea motora de pinzas requiere un nivel similar de destreza de la mano para la tarea motora del palillo, pero más fácil que la tarea del palillo, y sería más factible para los individuos poste-movimiento con la debilitación severa del motor de la extremidad superior. 18.

El aumento de la compensación del tronco en la tarea de recogida de objetos mediante palillos puede estar influenciado por la novedad de la tarea para los participantes, dado que una estrategia de control motor para una nueva tarea está congelando algunos grados de libertad y todos los participantes en este estudio preliminar tenían poca o ninguna experiencia en el uso de palillos21. El uso de los movimientos del tronco se asocia con la reducción de los grados de libertad en las articulaciones del hombro y el codo. Por lo tanto, el movimiento compensatorio del tronco durante la tarea de recogida de objetos se puede utilizar para reducir los grados de libertad y hacer que el movimiento de alcance sea más controlable para lograr el objetivo de la tarea. Por lo tanto, el aumento de la compensación del tronco en la tarea de recogida de objetos en comparación con la tarea de apuntamiento puede estar relacionado con la novedad de la tarea para los participantes.

Los resultados representativos provienen de un pequeño número de participantes. Así, los estudios clínicos a gran escala se deben conducir para demostrar la eficacia y la utilidad de este protocolo para investigar la relación entre las condiciones de la tarea del motor y las estrategias del movimiento en sobrevivientes crónicos del movimiento.

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Disclosures

Sin divulgación.

Acknowledgments

Los autores desean apreciar a Christopher Neville, Girolamo Mammolito y F. Jerome Pabulayan por sus contribuciones vitales al desarrollo de este protocolo y la recopilación de datos.

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

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References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Saposnik, G., Levin, M. SORCan SORC. Virtual Reality in Stroke Rehabilitation A Meta-Analysis and Implications for Clinicians. Stroke. 42 (5), 1380-1386 (2011).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Harris, C. M., Wolpert, D. M. Signal-dependent noise determines motor planning. Nature. 394, 780-784 (1998).
  8. Gentilucci, M. Object motor representation and reaching-grasping control. Neuropsychologia. 40 (8), 1139-1153 (2002).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).

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Neurociencia Número 171 Rehabilitación de Accidentes Cerebrovasculares estrategias de movimiento compensatorio condiciones de tareas accidente cerebrovascular crónico cinemática análisis de movimiento extremidad superior control motor de mano fina
El impacto de las condiciones de las tareas motoras en el brazo dirigido a la meta que alcanza la cinemática y la compensación del tronco en los sobrevivientes crónicos de accidente cerebrovascular
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Girnis, J., Agag, T., Nobiling, T., Sweet, V., Kim, B. The Impact of Motor Task Conditions on Goal-Directed Arm Reaching Kinematics and Trunk Compensation in Chronic Stroke Survivors. J. Vis. Exp. (171), e61940, doi:10.3791/61940 (2021).

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