Utilizzando un tapis roulant Split-cintura per valutare la generalizzazione dell'adattamento dell'apparato locomotore umano
August 23rd, 2017
Descriviamo un protocollo per lo studio di adattamento dell'apparato locomotore umano utilizzando il tapis roulant di Spalato-cintura, che ha due cinghie che possono guidare ogni gamba ad una velocità diversa. In particolare ci concentriamo su un paradigma progettato per testare la generalizzazione dei modelli di locomotore adattati a diversi contesti a piedi (ad es., velocità di andatura, pochi ambienti).
L'obiettivo generale di questa procedura è quello di indurre l'adattamento locomotore o cambiamenti a lungo termine nella coordinazione della deambulazione, utilizzando un tapis roulant a nastro diviso che ha due cinghie che possono guidare ciascuna gamba a velocità diverse. Questo metodo può aiutare ad affrontare domande chiave nel campo dell'apprendimento motorio, come ad esempio come le persone imparano a camminare in modo diverso e come possono adattarsi a diverse condizioni. Il vantaggio principale di questa tecnica è che la maggior parte delle persone non ha mai incontrato un tapis roulant a nastro diviso prima, quindi la tecnica fornisce un'idea di come le persone si adattano a una nuova pertubazione.
Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla riabilitazione del cancello dopo l'ictus perché possiamo utilizzare il tapis roulant a nastro diviso per addestrare qualcuno con ictus a camminare con una coordinazione del cancello più simmetrica. Questa parte del video offre una panoramica generale dell'allestimento. Condurre tutti i test in un ambiente tranquillo con un'attività periferica minima, preparare il partecipante con tutti i materiali necessari.
Come i marcatori di tracciamento del movimento e i sensori elettromiografici. La misurazione del cancello di base è fondamentale per valutare la normale coordinazione della deambulazione. Per le prove di base in superficie, istruire il partecipante a camminare su una passerella in cui è possibile raccogliere i dati di motion capture.
Raccogli un minimo di 10 cicli di falcata per stabilire la linea di base. Se il sistema di motion capture consente l'acquisizione solo all'interno di uno spazio limitato, chiedi al partecipante di eseguire diversi passaggi attraverso quello spazio, dopo ogni passaggio, il partecipante dovrebbe mettere in pausa, girarsi e attendere che la coda dell'investigatore vada di nuovo. In uno spazio limitato, ogni passaggio deve avere almeno due cicli di falcata, esclusi il primo e l'ultimo ciclo di falcata che hanno variazioni di accelerazione.
Generalmente, la velocità della prova di base in superficie è una scelta del partecipante, ma se si desidera una velocità specifica, far camminare il partecipante a quella velocità sul tapis roulant per uno o due minuti per apprendere la velocità desiderata. Quindi, durante la camminata in superficie, dare un feedback verbale sul loro ritmo tra le prove. Buono e rimanere alla stessa velocità per un altro.
Per motivi di sicurezza, proteggere il partecipante dalle cadute con un'imbracatura e quando si ferma e si avvia il tapis roulant, i corrimano devono essere sempre tenuti. Poiché gli effetti del mantenimento dei corrimano sono sconosciuti, è importante mantenere la coerenza e i nostri movimenti durante l'esperimento per tutti i partecipanti. Il protocollo potrebbe richiedere ai partecipanti di aggrapparsi sempre ai corrimano durante l'esperimento.
Per le prove di base sul tapis roulant, utilizzare cinture strette e concedere al partecipante un po' di tempo per abituarsi a camminare sul tapis roulant. Quindi, raccogli i dati da uno a cinque minuti a ciascuna velocità del tapis roulant che verrà testata dopo l'adattamento. Mentre il partecipante è in piedi sui nastri del tapis roulant fissi, istruirlo a guardare dritto davanti a sé, non in basso ai propri piedi.
Non avvertire il partecipante della differenza della cinghia divisa. La differenza di velocità tra le cinghie dipenderà dall'esperimento, in genere, utilizzare una differenza completa da due a quattro tra le velocità della cinghia. Avvia il tapis roulant a nastro diviso con un nastro che corre più veloce dell'altro e consenti al partecipante di camminare per 10-15 minuti.
L'obiettivo è quello di raccogliere i dati del partecipante che si adatta a terreni imprevisti. Una volta che il partecipante si è completamente adattato alla cinghia divisa, arrestare brevemente il tapis roulant, quindi riavviare brevemente con entrambe le cinghie che scorrono alla stessa velocità. Questo periodo è chiamato prova di cattura e lo scopo è quello di misurare l'effetto collaterale man mano che si sviluppa durante il periodo di adattamento.
I maggiori effetti collaterali si verificano quando la velocità delle due cinghie durante la prova di cattura è la stessa velocità della cinghia più lenta durante l'adattamento. Interrompi questa prova dopo cinque passi, quindi riadatta il partecipante alle velocità della cinghia divisa per almeno due minuti e ripeti la prova di presa se necessario. Nell'attuale protocollo, la seconda prova di cattura è stata condotta a una velocità diversa rispetto alla prima per valutare la dipendenza dalla velocità degli effetti postumi.
Dopo la prova di cattura finale, arrestare il tapis roulant e riavviare il tapis roulant con le cinghie divise per cinque minuti per consentire al partecipante di riadattarsi. Per testare gli effetti successivi sulla deambulazione a terra, trasferire il partecipante sulla passerella di superficie tramite sedia a rotelle in modo che il suo primo passo sul terreno possa essere registrato. Quindi, ripetere la valutazione del passo lungo la passerella, se lo si desidera, istruire il partecipante a replicare la velocità di camminata di base e fornire un feedback tra le prove.
Quindi, riportare il partecipante sul tapis roulant per un secondo dopo il test dell'effetto. Il test dell'effetto successivo al tapis roulant mostra quanto dell'apprendimento è stato estinto dalla camminata in superficie. Riavviare il tapis roulant con le cinture strette alla velocità più bassa e lasciare che il partecipante cammini per circa 30 secondi.
Per accedere al tasso di disadattamento, registrare una camminata continua e stretta con la cintura per almeno 10 minuti per garantire un completo lavaggio degli effetti collaterali. Due adulti sotto i 40 anni, senza condizioni neurologiche o ortopediche, sono stati sottoposti al paradigma descritto. L'esperimento è iniziato con una linea di base su superficie e una misurazione del tapis roulant a nastro stretto alle due velocità del nastro diviso.
Quindi, è stato eseguito il test della cintura divisa, seguito da due scie di cattura della cintura stretta alla velocità lenta e alla velocità elevata, presentate in ordine casuale. Quindi, dopo il riadattamento alla cintura divisa, sono stati misurati gli effetti di post-adattamento in superficie a velocità veloce o lenta. I dati sono stati tracciati per cimiteri, a gradini perfetti indicati dalla linea dello zero, indicando che la lunghezza del passo o la durata del doppio supporto era uguale tra i due lati.
Entrambi i partecipanti hanno camminato con una coordinazione spaziale e temporale quasi simmetrica tra gli arti durante queste prove di base. Il tapis roulant a nastro diviso ha interrotto la normale coordinazione della camminata, ma le persone sono state in grado di adattarsi e ripristinare la simmetria tra uno o due minuti di camminata o dopo circa 100 passi. L'adattamento è dimostrato dalla presenza di effetti collaterali o di coordinazione asimmetrica nelle prove di cattura su tapis roulant e nelle prove in superficie post-adattamento.
Si noti che la dimensione dell'effetto successivo può essere modulata dalla velocità di camminata durante le prove di cattura sul tapis roulant. Gli effetti collaterali durante le prove post-adattamento sul terreno, sono più piccoli degli effetti post-uso del tapis roulant e sono meno influenzati dalla velocità di deambulazione. Durante il tentativo di questa procedura, è importante controllare gli effetti di potenziali variabili confondenti, come il movimento delle braccia, la lunghezza e la durata delle pause di riposo e la velocità di emersione nella camminata su tapis roulant.
Molti aspetti di questa procedura possono essere modificati, a seconda dell'ipotesi che si sta testando. Ad esempio, la velocità di accelerazione e la variabilità delle velocità delle campane divise possono essere modificate. Non dimenticare che lavorare con le perturbazioni del cancello può essere destabilizzante per le persone, quindi prendi le precauzioni appropriate per proteggere le persone dalla caduta.
Grazie per aver guardato e buona fortuna con i tuoi esperimenti.
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Panoramica
Questo articolo presenta un protocollo per investigare l'adattamento locomotore umano utilizzando un tapis roulant a doppia velocità, che permette a ciascuna gamba di muoversi a velocità diverse. L'attenzione è focalizzata sul test di come i modelli locomotori adattati si generalizzino in vari contesti di camminata.
Componenti principali dello studio
Area della scienza
- Apprendimento motorio
- Adattamento locomotore
- Tecniche di riabilitazione
Sfondo
- L'adattamento locomotore comporta cambiamenti a lungo termine nella coordinazione della camminata.
- Il tapis roulant a doppia velocità è uno strumento innovativo per studiare l'adattamento dell'andatura.
- Questa tecnica può fornire informazioni su come gli individui si adattano a diverse condizioni di camminata.
- Ha implicazioni per la riabilitazione dell'andatura, in particolare dopo un ictus.
Scopo dello studio
- Indurre l'adattamento locomotore utilizzando un tapis roulant a doppia velocità.
- Esplorare come gli individui imparano a camminare in modo diverso in condizioni variabili.
- Valutare la generalizzazione dei modelli locomotori adattati.
Metodi utilizzati
- I partecipanti camminano su un tapis roulant a doppia velocità con velocità diverse per ogni gamba.
- I test vengono condotti in un ambiente tranquillo per minimizzare le distrazioni.
- La preparazione dei partecipanti include i materiali necessari per l'esperimento.
- Le osservazioni si concentrano sui cambiamenti nella coordinazione e nell'adattamento della camminata.
Risultati principali
- Il tapis roulant a doppia velocità induce efficacemente l'adattamento locomotore.
- I partecipanti dimostrano cambiamenti nella coordinazione della camminata nel tempo.
- I modelli locomotori adattati possono generalizzarsi a diversi contesti di camminata.
- Questo metodo mostra promesse per la riabilitazione nei pazienti post-ictus.
Conclusioni
- Il tapis roulant a doppia velocità è uno strumento prezioso per studiare l'apprendimento motorio.
- I risultati contribuiscono alla comprensione dei meccanismi di adattamento dell'andatura.
- Questa tecnica ha potenziali applicazioni in contesti di riabilitazione clinica.
Domande frequenti
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.
