Method Article

인간의 자세 제어를 연구하는 실험 방법

DOI:

10.3791/60078

⸱

September 11th, 2019

 ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, McGill University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 문서는 인간의 자세 제어를 연구하는 실험 / 분석 프레임 워크를 제공합니다. 이 프로토콜은 서 있는 실험을 수행하고, 신체 운동학 및 역학 신호를 측정하고, 결과를 분석하여 인간의 자세 제어의 기본 메커니즘에 대한 통찰력을 제공하기 위한 단계별 절차를 제공합니다.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

신경 및 근골격계의 많은 구성 요소는 안정적이고 똑바로 인간의 자세를 달성하기 위해 함께 작동합니다. 적절한 수학적 방법을 동반 한 제어 실험은 인간의 자세 제어에 관련된 다른 하위 시스템의 역할을 이해하는 데 필요합니다. 이 문서에서는 인간에서 근골격계 및 중앙 제어의 역할을 이해하기 위한 목적으로 교란된 스탠딩 실험을 수행하고, 실험 데이터를 수집하며, 후속 수학적 분석을 수행하기 위한 프로토콜을 설명합니다. 똑바로 서 있습니다. 이러한 방법에 의해 생성 된 결과는 건강한 균형 제어에 대한 통찰력을 제공하고, 환자와 노인의 균형 장애의 병인을 이해하기위한 기초를 형성하고, 개선을위한 중재 설계를 돕기 때문에 중요합니다. 자세 제어 및 안정성. 이러한 방법은 체감각 시스템의 역할을 연구하는 데 사용할 수 있습니다, 발목 관절의 본질적인 강성, 자세 제어의 시각 시스템, 또한 전정 시스템의 역할을 조사하기 위해 확장 될 수있다. 방법은 몸이 주로 발목 관절에 대해 이동하고 단일 링크 반전 진자로 간주됩니다 발목 전략의 경우에 사용되어야한다.

Introduction

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인간의 자세 조절은 중추 신경과 근골격계 사이의 복잡한 상호 작용을 통해 실현된다1. 서있는 인체는 본질적으로 불안정하며 다양한 내부 (예 : 호흡, 심장 박동) 및 외부 (예 : 중력) 교동에 따라 달라질 수 있습니다. 안정성은 중앙, 반사 및 내장 구성 요소가 있는 분산 컨트롤러에 의해 달성됩니다(그림1).

자세 제어에 의해 달성된다 : 활성 컨트롤러, 중추 신경계에 의해 중재 (CNS) 척수, 이는 근육 활성화를 변경; 근육 활성화의 변화없이 관절 의 움직임에 저항하는 본질적인 강성 컨트롤러(그림 1). 중앙 컨트롤러는 감각 정보를 사용하여 신체를 안정시키는 교정 근육 힘을 생성하는 내림차순 명령을 생성합니다. 감각 정보는 시각, 전정 및 체감각 시스템에 의해 변환됩니다. 구체적으로, 체감각 시스템은 지지면 및 조인트 각도에 관한 정보를 생성한다; 비전은 환경에 관한 정보를 제공합니다. 전정 시스템은 중력에 대한 머리 각도 속도, 선형 가속도 및 방향에 관한 정보를 생성합니다. 중앙 의 폐쇄 루프 컨트롤러는 2. 액티브 컨트롤러의 두 번째 요소는 ....

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Protocol

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모든 실험 방법은 McGill 대학 연구 윤리 위원회에 의해 승인되었으며, 과목은 참여하기 전에 정보에 입각한 동의서에 서명합니다.

1. 실험

참고: 각 실험에는 다음 단계가 포함됩니다.

  1. 사전 테스트
    1. 수행할 모든 시험의 명확한 개요를 준비하고 데이터 수집을 위한 검사 목록을 만듭니다.
    2. 주제에 필요한 모든 정보를 동의서에 제공하고, 철저하게 읽고, 질문에 답한 다음, 양식에 서명하도록 요청하십시오.
    3. 피사체의 체중, 신장 및 나이를 기록합니다.
  2. 과목 준비
    1. 근전도 측정
      1. 발목근육의근전도 측정을 위해 전극 간 거리가 1cm인 단일 차동 전극(재료 표)을 사용합니다.
      2. 1000의 전체 이득과 20-2000 Hz의 대역폭앰프(재료표)를사용합니다.
      3. 높은 신호 대 잡음 비(SNR) 및 최소한의 교차 토크를 보장하기 위해, 세니암 프로젝트26에서제공하는 지침에 따라 전극 부착 영역을 찾아 표시한다: (1) 내측 위트로네미옴(MG)의 경우, 가장 눈에 띄는 ....

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Results

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의사 랜덤 삼차 시퀀스 (PRTS) 및 TrapZ 신호

도 2A는 의사 임의 속도 프로파일을 통합하여 생성되는 PRTS 신호를 나타낸다. 각 샘플 figure-results-1 시간에 대해 신호 속도는 0과 같거나 미리 정의된 양수 또는 figure-results-2 음수 값을 획득할 수 있습니다. 넓은 figure-results-3 스펙트럼

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Discussion

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몇몇 단계는 인간 자세 통제를 공부하기 위하여 이 실험을 능력을 발휘하기에서 중요합니다. 이러한 단계는 신호의 올바른 측정과 관련이 있으며 다음을 포함합니다: 1) 발목 토크의 정확한 측정을 위해 1) 페달의 회전에 대한 생크 발목 축의 올바른 정렬. 2) 범위 파인더가 범위에서 작동하고 실험 중에 포화되지 않도록 레인지 파인더를 올바르게 설정합니다. 3) 좋은 품질과 최소한의 크로스 토크와 EMG의 측정. 4) 충분한 응답을 불러 일으키지만 정상적인 자세 제어를 방해하지 않는 적절한 교란을 적용합니다. 5) 신체 이동 과 피로를 피하면서 의도 된 분석에 따라 적절한 시험 길이를 선택합니다. 실험 외에도 분석도 신중하게 수행해야 합니다. 기계적으로 교란 된 서에서 획득 한 데이터에서 내재 강성의 추정을 위해, 그것은 더 반사 토크를 보장하는 방식으로 본질적인 응답의 길이를 선택하는 것이 중요합니다 (이는 TS 근육에서 활동의 버스트 후 곧 시작) 포함. 또한, 많은 연구가 본질적인 강성이 서11,.......

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 공개 할 것이 없다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

이 문서는 NPRP 교부금 #6-463-2-189 카타르 국립 연구 및 MOP 교부금 #81280 캐나다 보건 연구소에서 가능하게 되었다.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
5K 전위차계Maurey112P19502액추에이터 샤프트 각도 측정
8 채널 Bagnoli 표면 EMG 증폭기 및 전극Delsys발목 근육의 EMG 측정
AlienWare 노트북Dell Inc.P69F001-목사 A02VR 지원 PC 노트북
데이터 수집 카드National instruments4472센서의 아날로그 신호를 샘플링
방향 밸브REXROTH4WMR10C3X액추에이터 샤프트의 각도가 초과하면 흐름을 우회합니다. 20°
전신 하네스Jelco740떨어지지 않도록 피사체 보호
레이저 거리 측정기Micro-epsilon 1302-1001507307생크 선형 변위
측정 레이저 거리 측정기Micro-epsilon 1302-2001509074신체 선형 변위 측정
로드셀OmegaLC302-100수직 반력 측정
비례 서보 밸브MOOGD681-4718로터리 액츄에이터로의 유압 흐름 제어
로터리 액츄에이Rotac26R21VDEISFTFLGMTG기계적 섭동 적용
토크 트랜스듀서Lebow2110-5k발목 토크 측정
가상 환경 모션 트래커HTC inc.1551984681머리 모션
추적 가상 현실 헤드셋HTC inc.1551984681시각적 섭동을 제공합니다.
합니다 터

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Horak, F. B. Postural orientation and equilibrium: what do we need to know about neural control of balance to prevent falls? Age and Ageing. 35, 7-11 (2006).
  2. Morasso, P. G., Schieppati, M. Can muscle stiffness alone stabilize upri....

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