Métodos experimentales para estudiar el control postural humano

Estos métodos experimentales y analíticos proporcionan pautas que tienen como objetivo entender el papel de los muchos componentes de los sistemas nerviosos y musculoesqueléticos centrales en el control postural humano. Los modelos de control postural con parámetros físicos significativos se pueden utilizar para investigar el papel y la interacción de los sistemas sensoriales y sus cambios debidos a la enfermedad y el envejecimiento. Estos métodos se pueden utilizar para evaluar los problemas de equilibrio del paciente, para revelar la ideología del deterioro y para ayudar en el diseño de intervenciones para mejorar el control postural.

Estos métodos también se pueden utilizar para estudiar las interacciones entre las patologías motoras sensoriales y el control del equilibrio. Por ejemplo, para la prevención de caídas en los ancianos. Este protocolo proporciona un medio para investigar las contribuciones relativas de las modalidades sensoriales incluyendo los sistemas proprioceptivos y visuales y sus interacciones, así como las contribuciones pasivas musculares al control postural.

Para preparar un sujeto para la medición de la electromiografía a partir de los músculos del tobillo, utilice electrodos diferenciales individuales con una distancia entreelectrodas de un centímetro. Marca el gastrocnemius media en la protuberancia más prominente del músculo, el gastrocnemius lateral en un tercio de la línea entre la cabeza del peroné y el talón, el soleus en dos tercios de la línea entre los cóndilos medios del fémur y el maléolo medial, y el tibialis anterior en un tercio de la línea entre la punta del peroné y la punta del malléolo medial. Cuando todos los puntos hayan sido marcados, usa una maquinilla de afeitar para afeitar cada área y limpiar la piel con alcohol.

Cuando la piel se haya secado, utilice cinta adhesiva de doble cara para fijar un electrodo a cada área cuidando que cada electrodo esté fijado a la piel de forma segura. Para preparar el sujeto para una medición cinemática, utilice primero una correa para fijar un marcador reflectante lo más alto posible en el vástago del sujeto y hacer que el sujeto se coloque en el arnés del cuerpo. Utilice una correa para colocar un marcador de reflejo en la cintura del sujeto y hacer que el sujeto suba al aparato de pie.

Ajuste la posición del pie del sujeto para alinear el maleéolo lateral y medial de cada pierna con el eje de rotación del pedal y utilice un marcador para delinear las posiciones del pie. Indique al sujeto que mantenga sus pies en los mismos lugares durante los experimentos y ajuste la posición vertical de los buscadores de rango láser para que apunten al centro de los marcadores reflectantes. A continuación, ajuste la distancia horizontal entre el buscador de rango láser y los marcadores reflectantes para que los buscadores de rango trabajen en su rango medio y no se saturen durante los experimentos de pie.

Antes de comenzar el experimento, informe al sujeto de qué esperar para cada condición de ensayo. Instruya al sujeto a permanecer en silencio con las manos a un lado mientras espera con ansias mantener su equilibrio mientras lo hacen cuando se enfrentan a las perturbaciones del mundo real. Para un juicio silencioso, haga que el sujeto se quede quieto durante dos minutos sin perturbaciones.

Para experimentos perturbados, si el objetivo es investigar el papel del sistema somatosensorial o la rigidez del tobillo en pie, aplique perturbaciones de pedal durante dos a tres minutos mientras registra los datos. Si el objetivo es examinar el papel de la visión en el control postural, aplique perturbaciones visuales girando el campo visual utilizando los auriculares de realidad virtual durante dos o tres minutos mientras se registran los datos. Si el objetivo es examinar la interacción de los dos sistemas en el control postural, aplique simultáneamente las perturbaciones visuales y de pedal.

Para la identificación no paramétrica de la relación dinámica del ángulo del cuerpo con las perturbaciones visuales después de cargar los datos de prueba perturbados visualmente en un programa de software de análisis adecuado, utilice los comandos indicados para diezmar el ángulo del cuerpo sin procesar y las señales de perturbación visual y eliminar los medios de las señales diezmadas. Determine la frecuencia de muestreo diezmada y, a continuación, seleccione la frecuencia de interés más baja para determinar la longitud de la ventana y elija el grado de superposición para la estimación de los espectros de potencia. Defina el vector de frecuencias en el que se va a estimar la respuesta de frecuencia.

Utilice la función TF Estimate para encontrar la respuesta de frecuencia del sistema como se indica y encontrar la ganancia y la fase de la respuesta de frecuencia estimada como se ha demostrado. A continuación, utilice el comando como se indica para calcular la función de coherencia y trazar la ganancia, la fase y la coherencia en función de la frecuencia. En este ejemplo de un ensayo de pie típico con perturbaciones visuales, se puede observar una señal trapezoidal aplicada por los auriculares de realidad virtual donde el campo de visión gira de cero a más o menos 0,087 rad en el plano sagital.

Los ángulos del tobillo y del cuerpo fueron muy similares en este análisis ya que el ángulo del pie es cero y el vástago y la parte superior del cuerpo se mueven juntos. El par del tobillo también se correlacionó con los ángulos del vástago y del cuerpo. Los electromiógrafos de los músculos del tobillo demuestran que el soleo y el gastrocnemius lateral están continuamente activos, pero el gastrocnemius medial genera periódicamente grandes ráfagas de actividad con balanceo corporal y que el tibialis anterior es silencioso.

Aquí, se muestra una respuesta de frecuencia de la función de transferencia que relaciona la entrada visual con el ángulo del cuerpo para los datos de prueba permanentes. En este experimento, la coherencia fue alta a bajas frecuencias hasta alrededor de un hercio y disminuyó significativamente a frecuencias más altas, lo que significa que la respuesta de frecuencia es significativa hasta un hercio. La ganancia aumentó inicialmente de 0.1 a 0.2 hercios antes de disminuir a un hercio, demostrando el comportamiento esperado de paso bajo debido a la alta inercia del cuerpo.

La fase también comenzó en cero y disminuyó casi linealmente con la frecuencia que indica que la salida se retrasó con respecto a la entrada. Tenga cuidado de alinear el eje de rotación del tobillo con el del actuador. Asegúrese de que el sujeto no genere movimientos adicionales y asegúrese de que se utilizan las perturbaciones mecánicas y visuales adecuadas.

Los usuarios por primera vez pueden tener dificultades para establecer un paradigma experimental repetible consistente y en el uso de los métodos de identificación adecuados que explican los efectos de bucle cercano, no lineales y variables de tiempo en el control postural. Estos métodos se han utilizado para investigar el control postural sano y su adaptación, así como para cuantificar los cambios en el control del equilibrio bajo una variedad de condiciones experimentales y clínicas.