人間の姿勢制御を研究する実験的方法

これらの実験的および分析的手法は、ヒトの姿勢制御における中枢神経系および筋骨格系の多くの構成要素の役割を理解することを目的としたガイドラインを提供する。意味のある物理的パラメータを持つ姿勢制御モデルを使用して、疾患や老化による感覚システムの役割と相互作用、およびそれらの変化を調べることができます。これらの方法は、患者のバランスの問題を評価し、障害のイデオロギーを明らかにし、姿勢制御を改善するための介入の設計を支援するために使用することができる。

これらの方法は、感覚運動病理とバランス制御との相互作用を研究するためにも使用することができる。例えば、高齢者の転倒防止のため。このプロトコルは、プロプリオセプティブおよび視覚系およびそれらの相互作用ならびに姿勢制御への筋肉の受動的寄与を含む感覚的モダリティの相対的寄与を調査する手段を提供する。

足首の筋肉からの筋電図の測定のための被験者を準備するには、1センチメートルの電極間距離を持つ単一の差動電極を使用する。筋肉の最も顕著な膨らみで内側胃腸をマークし、 フィブラの頭部とかかとの間の線の3分の1の横胃腸、大腿骨の内側顆と内側のmalleolusの間の線の3分の2のソレウス、および脛骨前部は、大腿骨の先端とメディア・モールロールの先端との間の線の3分の1にある。すべてのポイントがマークされたら、カミソリを使用して各領域を剃り、アルコールで肌をきれいにします。

皮膚が乾燥したら、両面テープを使用して各電極を各領域に取り付け、各電極が皮膚にしっかりと固定されていることを注意してください。キネマティック測定のために被験者を準備するには、まずストラップを使用して、被験者のシャンクにできるだけ高い反射マーカーを取り付け、被験者をボディハーネスに装着させます。ストラップを使用して、被写体の腰に反射マーカーを取り付け、被検者を立ち上がった装置に乗り込まします。

各脚の側面と内側のmalleoliを回転のペダル軸に合わせて、足の位置を概説するためにマーカーを使用するように、被写体の足の位置を調整します。実験中に同じ位置に足を置き、レーザーレンジファインダーの垂直位置を反射マーカーの中心を指すよう調整するように被験者に指示します。次に、レーザーレンジファインダーと反射マーカーの間の水平距離を調整して、レンジファインダーが中距離で動作し、立ち実験中に飽和しないようにします。

実験を開始する前に、各試験条件に何が期待されるかを被験者に知らせてください。現実世界の摂動に直面したときのようにバランスを保ちながら、側に手を置いて静かに立つように被験者に指示する。静かな裁判のために、被験者は摂動なしで2分間静止しています。

摂動実験では、体性感覚システムや立ち上がりにおける足首の剛性の役割を調査することが目的である場合、データを記録しながら2〜3分間ペダル摂動を適用する。姿勢制御におけるビジョンの役割を調べることを目的とする場合は、データを記録しながら、バーチャルリアリティヘッドセットを使用して視覚フィールドを2〜3分間回転させることで視覚的な摂動を適用します。目的は、姿勢制御で2つのシステムの相互作用を調べることである場合は、同時に視覚とペダルの摂動を適用します。

視覚的に摂動された試験データを適切な解析ソフトウェアプログラムにロードした後の身体角と視覚摂動の動的関係の非パラメトリック識別には、示されたコマンドを使用して、生の身体角と視覚摂動信号をデシメーションし、デシメーション信号から手段を除去します。デシメーションされたサンプリング周波数を決定し、関心の最も低い周波数を選択してウィンドウ長を決定し、パワースペクトルの推定に重なる度合いを選択します。周波数応答を推定する周波数のベクトルを定義します。

TF Estimate 関数を使用して、示されているシステムの周波数応答を検索し、示されているように、推定周波数応答のゲインと位相を見つけます。次に、示されたコマンドを使用してコヘレンス関数を計算し、ゲイン、位相、およびコヘレンスを周波数の関数としてプロットします。視覚摂動を伴う典型的な立ち試みのこの例では、バーチャルリアリティヘッドセットによって適用される台形信号は、射手座面のゼロからプラスまたはマイナス0.087 radに視野が回転するところに観察することができる。

足首と体の角度は、足の角度がゼロで、シャンクと上半身が一緒に移動するため、この分析で非常に似ていました。足首のトルクはシャンクと体の角度とも相関していた。足首の筋肉からの筋電図は、ソレウスと横方向の胃腸が連続的に活動していることを示していますが、内側胃腸は定期的に身体の揺れで大きな活動バーストを発生させ、脛眼前部は沈黙しています。

ここで、立ち試験データに対する身体角に対する視覚入力に関する伝達関数の周波数応答が示される。この実験では、一貫性は低周波数で1ヘルツ前後まで高く、高い周波数で有意に低下し、周波数応答は1ヘルツまで意味を持つ。ゲインは当初、1ヘルツに減少する前に0.1から0.2ヘルツに増加し、身体の高い慣性による予想される低いパス挙動を示しました。

また、フェーズはゼロで始まり、入力に関して出力が遅れたことを示す周波数でほぼ直線的に減少しました。回転の足首の軸をアクチュエータの軸に合わせるように注意してください。被写体が余分な動きを生じないようにし、適切な機械的および視覚的な摂動が使用されていることを確認します。

初めてユーザーは、一貫した反復可能な実験パラダイムを確立し、近いループ、非線形、および時間変化の効果を考慮した適切な同定方法を使用して姿勢制御に困難を持つ可能性があります。これらの方法は、健康な姿勢制御とその適応を調査し、様々な実験的および臨床的条件下でのバランス制御の変化を定量化するために使用されてきた。