精密グリップにおける空間安定性の測定
2020年6月4日
このプロトコルの目的は、精度グリップで空間安定性を反映するために、高い空間分解能センサー シートを使用して圧力の中心(COP)の交換を測定することです。このプロトコルを使用すると、把握の生理学と病態生理学の理解を深める可能性があります。
グリップ力制御の包括的な理解を得るためには、指力方向を評価することが重要である。精密把握における空間安定性を測定し、臨床現場での指力方向を評価する、より簡単な手法を提案する。この手順を実演する、当研究室の博士課程の学生、豊島良人です。
分析を開始する前に、2 本のセンサー コネクタ ケーブルをコンピュータの USB ポートに接続し、1 つのセンサー コネクタに接続されたレバーを引き上げて、挿入スロットにセンサー タブを挿入できるようにします。付属のレバーを元の位置に戻し、コンピュータでセンサーソフトウェアを開きます。センサーシートが正しく接続されている場合は、リアルタイムの圧力分布マップがモニタに表示されます。
圧力を調整するには、センサシートの感知領域を1つずつコンプレッサーリグに挿入し、コンプレッサーコントローラのエアバルブをオンにします。圧力の適用を開始し、適切な負荷値に調整します。圧力が適用されている間、[ツールと均衡]を選択し、[平衡化1]をクリックして、[平衡]ダイアログ ボックスで[平衡化1]をクリックします。
ウィンドウの平衡の色は、灰色に変更する必要があります。平衡の終わりに、[Eq.File を保存]を選択し、ファイル名を入力して[保存]をクリックして、平衡を保存します。[はい] をクリックします。
[ツールとキャリブレーション]を選択し、[追加]をクリックして、[適用力]ボックスにニュートンに荷重値を入力します。[スタート]をクリックし、キャリブレーション結果を確認して、キャリブレーションが正しく実行されたことを確認します。ここで、ニュートン値は 134.33 で、ロードされたセルの値は、使用されているセンサー シートの値と一致します。
次に、[保存] をクリックします。ファイルを保存するには、ファイル名を入力して[保存]をクリックし、キャリブレーションを保存します。鉄の立方体の四隅のそれぞれに、両面テープの長さ3~5ミリメートルの部分を置きます。
テープを使用して、2枚のセンサーシートの感圧部分を鉄キューブの両側に取り付け、鉄キューブをセッティングスタンドの上にテーブルの上に置きます。測定用のデバイスを設定します。次に、ソフトウェア内の平衡とキャリブレーションファイルを開きます。
測定環境を調整したら、ソフトウェアで[オプション]と[取得パラメータ]を選択します。[データ取得パラメータ]ダイアログ ボックスで、[ムービーフレーム]ボックスに「36,000」、期間ボックスに0.01、周波数ボックスに100と入力し、[大丈夫]をクリックします。測定を行うために、参加者をテーブルの前に座り、テーブルの高さを参加者の肩関節のフレクシオンゼロ度、90度の肘関節フレクシオン位置に調整させます。
参加者から30センチメートル離れた鉄の立方体とセッティングスタンドをテーブルの中側の矢状平面にセットし、参加者の指のパルプをアルコール綿棒またはタオルで拭きます。参加者に、親指と人差し指で最小限の力を使い、センサーシートが取り付けられている鉄キューブの両側をつかみ、立方体を約5センチ上げて設置スタンドを持ち上げるよう指示する。5~7秒間持ってから、設定スタンドに戻します。
参加者の準備ができたら、[記録と力の中心] 軌道をクリックしてソフトウェアの圧力中心を監視し、タスクを開始するための手掛かりを与えます。タスクが完了したら、[停止] をクリックして、記録したムービー データを保存します。視覚干渉の存在下でのタスクのパフォーマンスを評価するには、まず参加者が0.5ニュートンの圧力を超えずにセンサーに触れ、参加者に目を閉じて親指と人差し指で最小限の力を使うように指示する前に、設定スタンドの約5センチメートル上に鉄の立方体を持ち上げます。
その後、立方体を5~7秒間保持してから、設定スタンドに戻します。認知障害の存在下でタスクのパフォーマンスを評価するには、参加者に計算タスクとして指示し、親指と人差し指で最小限の力を使用しながら、できるだけ正確に100から7を引き、設定スタンドの約5〜7センチメートル上に鉄の立方体を持ち上げ、設定スタンドに戻す前に5〜7秒間持ち上げます。反対手の動きの干渉の存在下でタスクのパフォーマンスを評価するには、ペグボードを参加者から30センチメートル離れたところに置き、中側矢状平面の鉄の立方体の隣に置き、タスクの難易度に応じて適切なサイズとペグの数を配置します。
次に、参加者に親指と人差し指を使って最小限の力で鉄の立方体を操作し、片手で設定スタンドの約5センチメートル上に鉄の立方体を持ち上げて持ち上げ、もう一方の手でペグを反転するように指示します。グリップ フォースを解析するには、ダイアログ ボックスで解析用のムービー ファイルを開きます。記録された圧力分布マップが表示されたら、[複数のウィンドウ ビュー] をクリックしてグラフ ウィンドウを開きます。
各リフトで荷重が適用され始める時点を特定し、グラフを参照して時間をメモします。グリップ フォース データを ASCII 形式で保存し、ムービー ファイルを開きます。スプレッドシートの各リフトで荷重が適用され始めたフレーム番号を見つけ、荷重が適用された時間ポイントを参照してフレーム番号をメモします。
次に、適用されたセルの値の合計である範囲で使用される合計グリップ フォースを計算します。圧力中心を解析するには、ムービー ファイルを開いて分析し、圧力分布マップ上に圧力中心軌道を表示します。録音された圧力分布マップがアクティブな状態で、[再生] をクリックしてムービーを再生します。
圧力配分マップ上の各リフトで圧力中心が現れ始めるフレームまで、フレームごとに停止して進めます。フレーム番号をメモし、圧力中心データを ASCII 形式で保存し、センター オブ フォースとムービー全体が選択されていることを確認します。ムービーファイルを開き、注記されたフレーム番号を参照して、スプレッドシート上の各リフトで圧力の中心が表示され始めるフレーム番号を見つけます。
次に、フレーム間の圧力軌道の中心の長さを計算します。ここでは、主要人差し指の圧力軌道とグリップフォースの軌跡の中心は、代表的な若年成人および高齢者のための単一および二重のタスクで示されている。この代表的な解析では、グリップ フォースは対側手の動き干渉で増加し、圧力中心軌道は減少傾向がありました。
タスクを実行する際には、最小限の力を使用するように参加者に通知するようにしてください。それ以外の場合は、空間的な不安定性を避けるために、比較的強いグリップフォースを使用する傾向があります。
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概要
本プロトコルでは、高空間分解能センサーシートを用いて圧力中心（COP）の移動を測定し、精密把持における空間的安定性を評価することを目的としています。これにより、把持の生理学および病態生理学への理解を深めることができます。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 生体力学
- 臨床評価
背景
- 効果的な把持には、グリップ力の制御が不可欠です。
- 臨床現場において、指の力の方向を評価することは重要です。
- 既存の手法では、簡便性と精度が不足している場合があります。
- 本研究では、空間的安定性を測定するための新しい手法を提案します。
研究目的
- 精密把握における空間的安定性を測定するための、より簡便な手法を開発すること。
- 指の力の方向を効果的に評価すること。
- 把握能力の臨床評価を向上させること。
使用した手法
- センサーケーブルをコンピューターに接続します。
- センサータブを指定のスロットに挿入します。
- センサーソフトウェアを使用して、圧力分布を可視化します。
- 把持力のリアルタイム解析を行います。
主な結果
- リアルタイムの圧力分布マップにより、グリップの安定性に関する知見が得られます。
- この手法により、指の力の方向を精密に評価することが可能です。
- 臨床現場における有効性が実証されています。
- 把持の生理学的理解に寄与します。
結論
- 提案された手法により、把握安定性の測定が簡略化されます。
- これにより、臨床環境における把握能の評価が向上します。
- 本プロトコルは、把握メカニズムの理解深化につながる可能性があります。
よくある質問
業界における重要性
精密把握における空間的安定性を評価することは、神経疾患に関連する感覚運動統合のバイオメカニクス的な指標となります。本手法では、指の力の方向および圧力中心の軌跡を定量的に評価することが可能であり、運動機能療法のターゲット検証においてトランスレーショナルな価値を提供します。このアプローチは、把握ダイナミクスを加齢および脳卒中モデルにおける病態生理学的状態に結びつけることで、メカニズム的なリスク低減を支援します。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期探索とターゲットバリデーション
- 科学的価値：力の方向解析を通じて、運動制御経路に関連する治療仮説の検証を可能にする。
- 運用の価値：疾患モデルにおける代償的なグリップ戦略を定量化することで、生物学的リスクの低減を支援する。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： 基本的な空間安定性指標を確立することにより、後続の化合物スクリーニングに向けた検証済みの生体力学的システムを構築する。
- 運用的価値： 高解像度の圧力センシングと再現性のある圧力中心軌跡の測定により、アッセイの標準化を向上させる。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値：脳卒中および加齢コホートにおいてCOPの軌跡の変化を示すことで、疾患に関連したシステムの有用性を実証している。
- 運用上の価値：ヒトの把握表現型から動物モデルによる検証まで翻訳可能な指標を提供することで、前臨床段階における連続性を促進する。
パイプラインおよびワークフローの統合
この手法は、リード化合物同定段階に先立ち、把握力の調節および感覚運動機能の定量的リードアウトを提供することで、ディスカバリーバイオロジーのワークフローに統合されます。
- 基礎生物学研究：圧力中心軌跡解析を通じて、精密把持に関与する神経経路の仮説検証を支援します。
- スクリーニング：標準化されたセンサー校正および平衡化プロトコルにより、データの再現性を確保し、アッセイの準備を可能にします。
- アナリティクス：把持力の振幅や圧力中心軌跡の長さを含む定量的従属変数測定値を算出し、条件間の比較評価を行います。
- トランスレーショナルリサーチ：臨床的な病態生理を反映した把持安定性の変化を実証することで、前臨床検証へと繋げます。
- エンタープライズ再利用：神経学的ターゲット検証プログラム全体に適用可能な、再利用可能なバイオメカニクス評価プラットフォームを確立します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：運動回路変調におけるメカニズムの曖昧さを排除することで、ターゲットエンゲージメントに対する予測的な確信を提供します。
- 運用的価値：定義されたセンサーのセットアップ、キャリブレーション、および取得パラメータにより、標準化とスケーラビリティを保証します。
- 戦略的価値：機能的アウトカムを予測する感覚運動欠損の早期検出を可能にし、go/no-go判定の精度を向上させます。
- ポートフォリオへの影響：疾患モデル間でのグリップ安定性の定量可能なバイオマーカーを通じて、リスク調整後の優先順位付けを支援します。
実施上の考慮事項
- 適切なタスク指示およびデータ解釈には、バイオメカニクスと感覚運動生理学の専門知識が必要です。
- 高空間分解能の圧力センサシートおよび互換性のあるデータ収集システムに依存します。
- 被験者間のばらつきを最小限に抑えるため、把持力の指示および姿勢設定に関するチーム間の標準化が必要です。
- ヒトの精密把持から前臨床の足裏把持モデルへ移行する際は、適応に関する検討が必要となります。
- 把持力による影響を排除し、空間的安定性の指標を正確に評価するため、最小限の力で把持させる必要があります。
バイオファーマに関するよくある質問
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:43
Sensor Cable Connection
1:18
Pressure Adjustment
2:45
Measurement Preparation
3:42
Performing a Measurement
6:28
Grip Force (GF) Analysis
7:27
Center of Pressure (COP) Analysis
8:34
Results: Representative Dominant Index Finger COP Trajectories and GF Traces
9:05
Conclusion
