En utilisant un tapis roulant de courroies pour évaluer la généralisation de l’Adaptation locomotion humaine
August 23rd, 2017
Les auteurs décrivent un protocole pour l’étude de l’adaptation humaine locomotrice utiliser le tapis roulant de courroies, qui a deux ceintures qui peuvent de piloter chaque jambe à un rythme différent. Plus précisément, nous nous concentrons sur un paradigme visant à tester la généralisation des patrons locomotrices adaptés aux différents contextes à pied (p. ex., démarche vitesses, marche des environnements).
L’objectif général de cette procédure est d’induire une adaptation locomotrice ou des changements à long terme dans la coordination de la marche, à l’aide d’un tapis roulant à courroie fendue qui a deux courroies qui peuvent entraîner chaque jambe à différentes vitesses. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine de l’apprentissage moteur, telles que comment les gens apprennent à marcher différemment et comment ils peuvent s’adapter à différentes conditions. Le principal avantage de cette technique est que la plupart des gens n’ont jamais rencontré de tapis roulant à ceinture fendue auparavant, ainsi, la technique donne un aperçu de la façon dont les gens s’adaptent à une nouvelle pertubation.
Les implications de cette technique s’étendent à la réhabilitation des portes après un AVC, car nous pouvons utiliser le tapis roulant à ceinture fendue pour entraîner une personne ayant subi un AVC à marcher avec une coordination de porte plus symétrique. Cette partie de la vidéo donne un aperçu général de la configuration. Effectuez tous les tests dans un environnement calme avec un minimum d’activité périphérique, préparez le participant avec tout le matériel nécessaire.
Comme les marqueurs de suivi de mouvement et les capteurs d’électromyographie. La mesure de base de la porte est essentielle pour évaluer la coordination de marche normale. Pour les essais de base en surface, demandez au participant de marcher sur une passerelle où des données de capture de mouvement peuvent être recueillies.
Collectez un minimum de 10 cycles de foulée pour établir la ligne de base. Si le système de capture de mouvement ne permet la capture que dans un espace limité, demandez au participant d’effectuer plusieurs passages dans cet espace, après chaque passage, le participant doit faire une pause, se retourner et attendre que la file d’attente de l’enquêteur reparte. Dans un espace limité, chaque passage doit comporter au moins deux cycles de foulée, sans compter le premier et le dernier cycle de foulée qui ont des changements d’accélération.
En général, la vitesse de l’essai de base en surface est le choix du participant, mais si une vitesse spécifique est souhaitée, demandez au participant de marcher à cette vitesse sur le tapis roulant pendant une ou deux minutes pour apprendre la vitesse souhaitée. Ensuite, pendant la marche au sol, donnez une rétroaction verbale sur leur rythme entre les essais. Bon et rester à la même vitesse pour un autre.
Pour plus de sécurité, protégez le participant des chutes avec un harnais et lors de l’arrêt et du démarrage du tapis roulant, les mains courantes doivent toujours être tenues. Étant donné que les effets de la tenue des mains courantes sont inconnus, il est important de maintenir la cohérence et nos mouvements pendant l’expérience pour tous les participants. Votre protocole peut exiger que les participants se tiennent toujours à des mains courantes pendant l’expérience.
Pour les essais de base sur tapis roulant, utilisez des ceintures serrées et laissez au participant un peu de temps pour s’habituer à marcher sur le tapis roulant. Ensuite, collectez des données pendant une à cinq minutes à chaque vitesse de tapis roulant qui sera testée après l’adaptation. Pendant que le participant est debout sur les ceintures du tapis roulant stationnaire, demandez-lui de regarder droit devant lui, et non vers le bas à ses pieds.
N’avertissez pas le participant de la différence de ceinture fendue. La différence de vitesse entre les courroies dépendra de l’expérience, généralement, utilisez une différence complète de deux à quatre entre les vitesses de courroie. Commencez le tapis roulant à courroie fendue avec une courroie qui court plus vite que l’autre et laissez le participant marcher pendant 10 à 15 minutes.
L’objectif est de collecter des données sur l’adaptation du participant à un terrain imprévu. Une fois que le participant s’est complètement adapté à la courroie fendue, arrêtez brièvement le tapis de course, puis redémarrez brièvement avec les deux courroies fonctionnant à la même vitesse. Cette période s’appelle l’essai de capture et le but est de mesurer l’effet secondaire au fur et à mesure qu’il se développe au cours de la période d’adaptation.
Les effets secondaires les plus importants se produisent lorsque la vitesse des deux courroies pendant l’essai de capture est la même que celle de la courroie plus lente pendant l’adaptation. Arrêtez cet essai après cinq foulées, puis réadaptez le participant des vitesses de la ceinture divisée pendant au moins deux minutes et répétez l’essai de capture si nécessaire. Dans le protocole actuel, le deuxième essai de capture a été mené à une vitesse différente du premier afin d’évaluer la dépendance de la vitesse des effets secondaires.
Après l’essai final de capture, arrêtez le tapis roulant et redémarrez-le avec des courroies fendues pendant cinq minutes pour permettre au participant de se réadapter. Pour tester les effets secondaires sur la marche au sol, transférez le participant sur la passerelle aérienne en fauteuil roulant afin que son premier pas sur le sol puisse être enregistré. Ensuite, répétez l’évaluation de la foulée le long de la passerelle, si vous le souhaitez, demandez au participant de reproduire sa vitesse de marche de base et donnez une rétroaction entre les essais.
Ensuite, ramenez le participant sur le tapis roulant pour un deuxième test après effet. Le test après effet sur tapis roulant montre dans quelle mesure l’apprentissage a été éteint par la marche au sol. Redémarrez le tapis roulant avec des courroies serrées à la vitesse la plus lente et laissez le participant marcher pendant environ 30 secondes.
Afin d’accéder au taux de désadaptation, enregistrez une marche continue à la ceinture serrée pendant au moins 10 minutes pour assurer un lavage complet des séquelles. Deux adultes de moins de 40 ans, sans affections neurologiques ou orthopédiques, ont été soumis au paradigme décrit. L’expérience a commencé par une mesure de base au sol et un tapis roulant à courroie serrée aux deux vitesses de la courroie divisée.
Ensuite, l’essai de courroie fendue a été effectué, suivi de deux traînées de capture de courroie serrée à vitesse lente et à vitesse rapide, présentées dans un ordre aléatoire. Ensuite, après s’être réadapté à la bande fendue, les effets de post-adaptation en surface ont été mesurés à la vitesse rapide ou lente. Les données ont été tracées par degrés, cimetières à portes parfaites indiqués par la ligne zéro, indiquant que la longueur de la marche ou la durée du double support était égale entre les deux côtés.
Les deux participants ont marché avec une coordination spatiale et temporelle intermembres presque symétrique au cours de ces essais de base. Le tapis roulant à ceinture fendue a perturbé la coordination normale de la marche, mais les gens ont pu s’adapter et rétablir la symétrie entre une et deux minutes de marche ou après environ 100 foulées. L’adaptation est démontrée par la présence d’effets secondaires ou d’une coordination asymétrique dans les essais de capture sur tapis roulant et dans les essais terrestres post-adaptation.
Notez que la taille de l’effet secondaire peut être modulée par la vitesse de marche pendant les essais de capture sur tapis roulant. Les effets secondaires lors des essais de post-adaptation par rapport aux essais au sol sont plus petits que les effets secondaires sur tapis roulant et ils sont moins affectés par la vitesse de marche. Lors de la tentative de cette procédure, il est important de contrôler les effets des variables confusionnelles potentielles, telles que le mouvement des bras, la durée et la durée des pauses de repos et la vitesse de la marche sur tapis roulant.
De nombreux aspects de cette procédure peuvent être modifiés, en fonction de l’hypothèse testée. Par exemple, le taux d’accélération et la variabilité des vitesses des cloches divisées peuvent être modifiés. N’oubliez pas que travailler avec des perturbations de porte peut être déstabilisant pour les gens, alors prenez les précautions appropriées pour protéger les gens contre les chutes.
Merci d’avoir regardé et bonne chance dans vos expériences.
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Aperçu
Cet article présente un protocole pour étudier l'adaptation locomotrice humaine à l'aide d'un tapis roulant à bandes séparées, qui permet à chaque jambe de se déplacer à des vitesses différentes. L'accent est mis sur l'étude de la généralisation des schémas locomoteur adaptés à divers contextes de marche.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Apprentissage moteur
- Adaptation locomotrice
- Techniques de réadaptation
Contexte
- L'adaptation locomotrice implique des changements à long terme dans la coordination de la marche.
- Le tapis roulant à bandes séparées est un nouvel outil pour étudier l'adaptation de la démarche.
- Cette technique peut fournir des informations sur la façon dont les individus s'adaptent à différentes conditions de marche.
- Elle a des implications pour la réadaptation de la démarche, en particulier après un AVC.
Objectif de l'étude
- Induire une adaptation locomotrice à l'aide d'un tapis roulant à bandes séparées.
- Explorer la façon dont les individus apprennent à marcher différemment dans des conditions variables.
- Évaluer la généralisation des schémas locomoteur adaptés.
Méthodes utilisées
- Les participants marchent sur un tapis roulant à bandes séparées avec des vitesses différentes pour chaque jambe.
- Les tests sont menés dans un environnement calme pour minimiser les distractions.
- La préparation des participants comprend le matériel nécessaire à l'expérience.
- Les observations se concentrent sur les changements dans la coordination de la marche et l'adaptation.
Résultats principaux
- Le tapis roulant à bandes séparées induit efficacement l'adaptation locomotrice.
- Les participants démontrent des changements dans la coordination de la marche au fil du temps.
- Les schémas locomoteur adaptés peuvent se généraliser à différents contextes de marche.
- Cette méthode montre des promesses pour la réadaptation des patients ayant subi un AVC.
Conclusions
- Le tapis roulant à bandes séparées est un outil précieux pour étudier l'apprentissage moteur.
- Les résultats contribuent à la compréhension des mécanismes d'adaptation de la démarche.
- Cette technique a des applications potentielles dans les milieux de réadaptation clinique.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
Understanding locomotor adaptation mechanisms informs the development of targeted rehabilitation strategies for neurological conditions. The split-belt treadmill provides a controlled model to study how motor learning generalizes across contexts, supporting preclinical evaluation of gait interventions. This approach enables mechanistic de-risking by isolating adaptive responses to novel perturbations, which is relevant for assessing neuromuscular plasticity in disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of locomotor learning pathways by measuring adaptation to asymmetric belt speeds.
- Operational Value: Provides a standardized paradigm to assess neuromuscular plasticity in healthy human models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Quantifies generalization of locomotor learning through catch trials and overground transfer tests.
- Operational Value: Establishes reproducible metrics for after-effect magnitude and decay rates across walking conditions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports evaluation of intervention effects on gait symmetry restoration in neurological injury models.
- Operational Value: Facilitates cross-context validation of motor learning retention and transfer.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within discovery biology to probe adaptive motor control mechanisms prior to target validation in disease models.
- Discovery Biology: Tests how locomotor networks adapt to novel environmental challenges, informing mechanism-based target hypotheses.
- Screening: Delivers quantitative gait coordination readouts (e.g., step symmetry, double support duration) for comparing adaptation states.
- Analytics: Captures time-series adaptation and de-adaptation kinetics to model learning rates and retention.
- Translational Research: Links treadmill-induced after effects to overground gait generalization, relevant for predicting functional transfer.
- Enterprise Reuse: Protocol can be standardized across laboratories to enable comparative studies of locomotor plasticity.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides mechanistic insight into locomotor adaptation, reducing uncertainty in motor control pathway validation.
- Operational Value: Ensures consistency through standardized belt speeds, rest periods, and environmental controls.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for neuromuscular targets by quantifying learning generalization and retention.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of gait rehabilitation candidates based on predictive adaptation profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in motion capture, electromyography, and gait analysis to accurately measure coordination changes.
- Dependent on split-belt treadmill instrumentation with independent speed control and safety harness systems.
- Necessitates standardization of belt speed differentials, rest intervals, and distractor minimization across study sites.
- Must account for confounding variables such as arm movement, prior treadmill exposure, and walking speed variability.
- Limited to assessing short-term adaptation; chronic effects require longitudinal designs not covered in this protocol.
