Metodi sperimentali per studiare il controllo posturale umano

Questi metodi sperimentali e analitici forniscono linee guida che mirano a comprendere il ruolo delle molte componenti del sistema nervoso centrale e muscoloscheletricho nel controllo posturale umano. I modelli di controllo posturale con parametri fisici significativi possono essere utilizzati per indagare il ruolo e l'interazione dei sistemi sensoriali e i loro cambiamenti dovuti alla malattia e all'invecchiamento. Questi metodi possono essere utilizzati per valutare i problemi di equilibrio dei pazienti, per rivelare l'ideologia della compromissione e per aiutare nella progettazione di interventi per migliorare il controllo posturale.

Questi metodi possono anche essere utilizzati per studiare le interazioni tra patologie motorie sensoriali e controllo dell'equilibrio. Ad esempio, per la prevenzione delle caduta negli anziani. Questo protocollo fornisce un mezzo per indagare i contributi relativi delle modalità sensoriali tra cui i sistemi propriocettivi e visivi e le loro interazioni, nonché i contributi passivi muscolari al controllo posturale.

Per preparare un soggetto per la misurazione dell'elettromiografia dai muscoli della caviglia, utilizzare singoli elettrodi differenziali con una distanza interelettrodo di un centimetro. Contrassegnare il gastrocnemio mediale al rigonfiamento più prominente del muscolo, il gastrocnemio laterale a un terzo della linea tra la testa della fibula e il tallone, il soleo a due terzi della linea tra i condili mediali del femore e il malleolo mediale, e il tibiale anteriore a un terzo della linea tra la punta della fibula e la punta del malleolo mediale. Quando tutti i punti sono stati contrassegnati, utilizzare un rasoio per radere ogni area e pulire la pelle con alcol.

Quando la pelle si è asciugata, utilizzare nastro a doppia lato per attaccare un elettrodo a ogni area facendo attenzione che ogni elettrodo sia fissato saldamente alla pelle. Per preparare il soggetto per una misurazione cinematica, utilizzare prima una cinghia per attaccare un marcatore riflettente il più in alto possibile sul gambo del soggetto e far mettere il soggetto sull'imbracatura del corpo. Usa una cinghia per attaccare un pennarello riflettente alla vita del soggetto e far salire il soggetto sull'apparato in piedi.

Regolare la posizione del piede del soggetto per allineare i malleoli laterale e mediale di ogni gamba all'asse del pedale di rotazione e utilizzare un marcatore per delineare le posizioni del piede. Istruisci il soggetto a mantenere i piedi nelle stesse posizioni durante gli esperimenti e regola la posizione verticale dei telemetri laser in modo che punti al centro dei marcatori riflettenti. Quindi, regolare la distanza orizzontale tra il telemetro laser e i marcatori riflettenti in modo che i telemetri lavorino nella loro gamma media e non saturano durante gli esperimenti in piedi.

Prima di iniziare l'esperimento, informare l'oggetto di cosa aspettarsi per ogni condizione di prova. Istruisi il soggetto a stare tranquillamente con le mani di lato mentre non vede l'ora di mantenere il loro equilibrio mentre lo fa di fronte alle perturbazioni del mondo reale. Per un processo in piedi tranquillo, fare in modo che il soggetto si fermi per due minuti senza perturbazioni.

Per gli esperimenti perturbati, se l'obiettivo è quello di studiare il ruolo del sistema somatosensoriale o della rigidità della caviglia in piedi, applicare le perturbazioni del pedale per due o tre minuti durante la registrazione dei dati. Se l'obiettivo è quello di esaminare il ruolo della visione nel controllo posturale, applicare perturbazioni visive ruotando il campo visivo utilizzando il visore per la realtà virtuale per due o tre minuti durante la registrazione dei dati. Se l'obiettivo è quello di esaminare l'interazione dei due sistemi nel controllo posturale, applicare simultaneamente le perturbazioni visive e del pedale.

Per l'identificazione non parametrica della relazione dinamica tra l'angolo del corpo e le perturbazioni visive dopo aver caricato i dati di prova visivamente perturbati in un programma software di analisi adatto, utilizzare i comandi come indicato per decimare l'angolo del corpo grezzo e i segnali di perturbazione visiva e rimuovere i mezzi dai segnali decimati. Determinare la frequenza di campionamento decimata, quindi selezionare la frequenza di interesse più bassa per determinare la lunghezza della finestra e scegliere il grado di sovrapposizione per la stima degli spettri di potenza. Definire il vettore di frequenze in cui deve essere stimata la risposta in frequenza.

Utilizzare la funzione Stima TF per trovare la risposta in frequenza del sistema come indicato e trovare il guadagno e la fase della risposta in frequenza stimata come dimostrato. Quindi, usa il comando come indicato per calcolare la funzione di coerenza e tracciare il guadagno, la fase e la coerenza in funzione della frequenza. In questo esempio di una tipica prova permanente con perturbazioni visive, si può osservare un segnale trapezoidale applicato dalle cuffie per la realtà virtuale in cui il campo visivo ruota da zero a più o meno 0,087 rad nel piano sagittale.

Gli angoli della caviglia e del corpo erano molto simili in questa analisi poiché l'angolo del piede è zero e il gambo e la parte superiore del corpo si muovono insieme. La coppia della caviglia era anche correlata con il gambo e gli angoli del corpo. Gli elettromiografi dei muscoli della caviglia dimostrano che il soleo e il gastrocnemio laterale sono continuamente attivi, ma il gastrocnemio mediale genera periodicamente grandi esplosioni di attività con il dominio del corpo e che il tibialis anterior è silenzioso.

Qui, viene mostrata una risposta in frequenza della funzione di trasferimento relativa all'input visivo all'angolo del corpo per i dati di prova in piedi. In questo esperimento, la coerenza era alta a basse frequenze fino a circa un hertz e cadde significativamente a frequenze più alte, il che significa che la risposta in frequenza è significativa fino a un hertz. Il guadagno inizialmente aumentò da 0,1 a 0,2 hertz prima di diminuire a un hertz, dimostrando il comportamento di passaggio basso previsto a causa dell'alta inerzia del corpo.

La fase è iniziata anche a zero e è diminuita quasi linearmente con la frequenza che indica che l'uscita è stata ritardata rispetto all'ingresso. Fare attenzione ad allineare l'asse di rotazione della caviglia a quello dell'attuatore. Assicurarsi che il soggetto non generi movimenti aggiuntivi e assicurarsi che vengano utilizzate le perturbazioni meccaniche e visive appropriate.

Gli utenti per la prima volta possono avere difficoltà a stabilire un paradigma sperimentale ripetibile coerente e nell'utilizzare i metodi di identificazione appropriati che tengono conto degli effetti a ciclo ravvicinato, non lineari e variabili nel tempo nel controllo posturale. Questi metodi sono stati utilizzati per studiare un sano controllo posturale e il suo adattamento, nonché per quantificare i cambiamenti nel controllo dell'equilibrio in una varietà di condizioni sperimentali e cliniche.