Méthodes expérimentales pour étudier le contrôle postural humain

Ces méthodes expérimentales et analytiques fournissent des lignes directrices qui visent à comprendre le rôle des nombreuses composantes des systèmes nerveux central et musculo-squelettique dans le contrôle postural humain. Des modèles posturaux de commande avec des paramètres physiques significatifs peuvent être utilisés pour étudier le rôle et l’interaction des systèmes sensoriels et de leurs changements dus à la maladie et au vieillissement. Ces méthodes peuvent être utilisées pour évaluer les problèmes d’équilibre des patients, pour révéler l’idéologie de la déficience, et pour aider à la conception d’interventions pour améliorer le contrôle postural.

Ces méthodes peuvent également être utilisées pour étudier les interactions entre les pathologies motrices sensorielles et le contrôle de l’équilibre. Par exemple, pour la prévention des chutes chez les personnes âgées. Ce protocole fournit un moyen d’étudier les contributions relatives des modalités sensorielles, y compris les systèmes proprioceptifs et visuels et leurs interactions ainsi que les contributions passives musculaires au contrôle postural.

Pour préparer un sujet à la mesure de l’électromyographie des muscles de la cheville, utilisez des électrodes différentielle unique avec une distance interélectorée d’un centimètre. Marquer le gastrocnemius médial au renflement le plus important du muscle, le gastrocnemius latéral à un tiers de la ligne entre la tête du péroné et le talon, le soleus aux deux tiers de la ligne entre les condyles médiales du fémur et le malleolus médial, et le tibialis antérieur à un tiers de la ligne entre la pointe du péroné et la pointe du malleolus médial. Lorsque tous les points ont été marqués, utilisez un rasoir pour raser chaque zone et nettoyer la peau avec de l’alcool.

Lorsque la peau a séché, utilisez du ruban adhésif à double face pour fixer une électrode à chaque zone en prenant soin que chaque électrode est fixée à la peau en toute sécurité. Pour préparer le sujet à une mesure cinétique, utilisez d’abord une sangle pour fixer un marqueur réfléchissant aussi haut que possible sur la tige du sujet et faire mettre le sujet sur le harnais du corps. Utilisez une sangle pour fixer un marqueur de réflexion à la taille du sujet et faire grimper le sujet sur l’appareil debout.

Ajustez la position du pied du sujet pour aligner les malléoles latérales et médials de chaque jambe sur l’axe de rotation de la pédale et utilisez un marqueur pour décrire les positions du pied. Demandez au sujet de garder ses pieds aux mêmes endroits pendant les expériences et ajustez la position verticale des trouveurs de portée laser pour pointer vers le centre des marqueurs réfléchissants. Ensuite, ajustez la distance horizontale entre le trouveur de plage laser et les marqueurs réfléchissants de sorte que les trouveurs de plage fonctionnent dans leur milieu de gamme et ne saturent pas pendant les expériences debout.

Avant de commencer l’expérience, informez le sujet de ce à quoi s’attendre pour chaque condition d’essai. Demandez au sujet de se tenir tranquillement les mains sur le côté tout en regardant vers l’avenir en maintenant leur équilibre comme ils le font face aux perturbations du monde réel. Pour un procès debout et silencieux, que le sujet reste immobile pendant deux minutes sans perturbations.

Pour les expériences perturbées, si l’objectif est d’étudier le rôle du système somatosensory ou de la raideur de la cheville en position debout, appliquez des perturbations de la pédale pendant deux à trois minutes lors de l’enregistrement des données. Si l’objectif est d’examiner le rôle de la vision dans le contrôle postural, appliquez des perturbations visuelles en faisant pivoter le champ visuel à l’aide du casque de réalité virtuelle pendant deux à trois minutes tout en enregistrant les données. Si l’objectif est d’examiner l’interaction des deux systèmes dans le contrôle postural, appliquez simultanément les perturbations visuelles et de pédale.

Pour l’identification non paramétrique de la relation dynamique de l’angle du corps avec les perturbations visuelles après le chargement des données d’essai visuellement perturbées dans un logiciel d’analyse approprié, utilisez les commandes indiquées pour décimer l’angle corporel brut et les signaux de perturbation visuelle et supprimer les moyens des signaux décimés. Déterminez la fréquence d’échantillonnage décimée, puis sélectionnez la fréquence d’intérêt la plus basse pour déterminer la longueur de la fenêtre et choisissez le degré de chevauchement pour l’estimation des spectres de puissance. Définissez le vecteur des fréquences auxquelles la réponse de fréquence doit être estimée.

Utilisez la fonction TF Estimate pour trouver la réponse de fréquence du système comme indiqué et trouver le gain et la phase de la réponse de fréquence estimée tel que démontré. Ensuite, utilisez la commande comme indiqué pour calculer la fonction de cohérence et tracer le gain, la phase et la cohérence en fonction de la fréquence. Dans cet exemple d’essai permanent typique avec des perturbations visuelles, un signal trapézoïdal appliqué par le casque de réalité virtuelle peut être observé lorsque le champ de vision tourne de zéro à plus ou moins 0,087 rad dans le plan sagittal.

Les angles de la cheville et du corps étaient très similaires dans cette analyse puisque l’angle du pied est nul et que la tige et le haut du corps se déplacent ensemble. Le couple de cheville a également été corrélé avec la tige et les angles de corps. Les électromyographes des muscles de la cheville démontrent que le soleus et le gastrocnemius latéral sont continuellement actifs, mais le gastrocnemius médial génère périodiquement de grandes poussées d’activité avec l’emprise du corps et que l’antérieur tibialis est silencieux.

Ici, une réponse de fréquence de la fonction de transfert relative à l’entrée visuelle à l’angle du corps pour les données d’essai permanent est montrée. Dans cette expérience, la cohérence était élevée à basses fréquences jusqu’à environ un hertz et a chuté de manière significative à des fréquences plus élevées, ce qui signifie que la réponse de fréquence est significative jusqu’à un hertz. Le gain a d’abord augmenté de 0,1 à 0,2 hertz avant de diminuer à un hertz, démontrant le comportement de passage faible attendu en raison de l’inertie élevée du corps.

La phase a également commencé à zéro et a diminué presque linéairement avec la fréquence indiquant que la sortie a été retardée par rapport à l’entrée. Prenez soin d’aligner l’axe de rotation de la cheville avec celui de l’actionneur. Assurez-vous que le sujet ne génère pas de mouvements supplémentaires et assurez-vous que les perturbations mécaniques et visuelles appropriées sont utilisées.

Pour la première fois, les utilisateurs peuvent avoir de la difficulté à établir un paradigme expérimental reproductible cohérent et à utiliser les méthodes d’identification appropriées qui expliquent les effets variables en boucle étroite, non linéaires et dans le temps dans le contrôle postural. Ces méthodes ont été utilisées pour étudier le contrôle postural sain et son adaptation ainsi que pour quantifier les changements dans le contrôle de l’équilibre dans une variété de conditions expérimentales et cliniques.