Met behulp van een Split-riem loopband te evalueren veralgemening van menselijke Locomotor aanpassing
23 augustus 2017
Beschrijven we een protocol voor het onderzoeken van menselijke locomotor aanpassing met behulp van de split-riem loopband, die heeft twee riemen die elk been met een andere snelheid rijden kunnen. We richten specifiek op een paradigma ontworpen voor het testen van de generalisatie van aangepast motorische patronen aan verschillende contexten lopen (bijvoorbeeldgait snelheden, wandelen omgevingen).
Het algemene doel van deze procedure is om locomotieve aanpassing of langetermijnveranderingen in loopcoördinatie te induceren, met behulp van een split-belt loopband die twee banden heeft die elk been met verschillende snelheden kunnen aansturen. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in het motorisch leerveld te beantwoorden, zoals hoe mensen anders leren lopen en hoe ze zich kunnen aanpassen aan verschillende omstandigheden. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de meeste mensen nog nooit eerder een split-belt loopband hebben gezien, dus de techniek biedt inzicht in hoe mensen zich aanpassen aan een nieuwe verstoring.
De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar looprevalidatie na een beroerte omdat we de split-belt loopband kunnen gebruiken om iemand met een beroerte te trainen om met een meer symmetrische loopcoördinatie te lopen. Dit deel van de video geeft een algemeen overzicht van de opstelling. Voer alle testen uit in een rustige omgeving met minimale perifere activiteit, bereid de deelnemer voor met alle benodigde materialen.
Zoals de markeringen voor bewegingsregistratie en elektromyografie-sensoren. De baseline-meting van de loop is cruciaal voor het evalueren van normale loopcoördinatie. Voor baseline-proeven op de grond, vraag de deelnemer om te lopen op een looppad waar gegevens over bewegingsregistratie kunnen worden verzameld.
Verzamel minimaal 10 loopcycli om de basislijn vast te stellen. Als het bewegingsregistratiesysteem alleen registratie binnen een beperkte ruimte toestaat, laat de deelnemer dan meerdere doorgangen door die ruimte uitvoeren, na elke doorgang moet de deelnemer pauzeren, zich omdraaien en wachten op het signaal van de onderzoeker om weer te gaan. Binnen beperkte ruimte moet elke doorgang minstens twee loopcycli bevatten, met uitzondering van de eerste en laatste loopcycli die versnellingsveranderingen hebben.
Over het algemeen is de snelheid van de baseline-proef op de grond de keuze van de deelnemer, maar als een specifieke snelheid gewenst is, laat de deelnemer dan een of twee minuten op de loopband lopen met die snelheid om de gewenste snelheid te leren. Geef dan tijdens het lopen op de grond verbale feedback over hun tempo tussen de proeven. Goed en blijf nog een keer op diezelfde snelheid.
Voor de veiligheid, bescherm de deelnemer tegen vallen met een harnas en bij het stoppen en starten van de loopband, moeten de leuningen altijd worden vastgehouden. Omdat de effecten van het vasthouden van leuningen onbekend zijn, is het belangrijk om consistentie te behouden en onze bewegingen tijdens het experiment voor alle deelnemers. Uw protocol kan vereisen dat deelnemers altijd vast moeten houden aan de leuningen tijdens het experiment.
Voor de loopbandbaseline-proeven, gebruik strakke banden en geef de deelnemer een beetje tijd om te wennen aan lopen op de loopband. Verzamel vervolgens gedurende één tot vijf minuten gegevens voor elke loopbandsnelheid die na adaptatie zal worden getest. Terwijl de deelnemer op de stationaire loopbandbanden staat, vraag de deelnemer om recht voor zich uit te kijken, niet naar hun voeten.
Waarschuwing de deelnemer niet voor het verschil in split-belt. Het snelheidsverschil tussen de banden hangt af van het experiment, gebruik typisch een verschil van twee tot vier tussen de bandensnelheden. Start de split-belt loopband met één band die sneller draait dan de andere en laat de deelnemer 10 tot 15 minuten lopen.
Het doel is om gegevens te verzamelen van de deelnemer die zich aanpast aan onverwacht terrein. Zodra de deelnemer zich volledig heeft aangepast aan de split-belt, stopt u de loopband kort, start deze dan kort weer op met beide banden die met dezelfde snelheid draaien. Deze periode wordt de catch trial genoemd en het doel is om het na-effect te meten terwijl het zich ontwikkelt over de aanpassingsperiode.
De grootste na-effecten treden op wanneer de snelheid van de twee banden tijdens de catch trial dezelfde snelheid is als de langzamere band tijdens de aanpassing. Stop deze proef na vijf stappen, pas vervolgens de deelnemer weer aan de snelheden van de split-belt voor minimaal twee minuten aan en herhaal de catch trial indien nodig. In het huidige protocol werd de tweede catch trial uitgevoerd met een andere snelheid dan de eerste om de snelheidsafhankelijkheid van na-effecten te evalueren.
Na de laatste catch trial, stopt u de loopband en start de loopband opnieuw met split-belts gedurende vijf minuten om de deelnemer de kans te geven zich weer aan te passen. Om na-effecten op grondwandelen te testen, brengt u de deelnemer over naar het looppad via een rolstoel zodat hun eerste stap over de grond kan worden geregistreerd. Herhaal vervolgens de loopevaluatie langs het looppad, indien gewenst, vraag de deelnemer om hun baseline-loopsnelheid te repliceren en geef feedback tussen de proeven.
Vervolgens rolt u de deelnemer terug naar de loopband voor een tweede na-effecttest. De loopband na-effecttest laat zien hoeveel van het leren werd uitgebannen door het lopen op de grond. Start de loopband opnieuw met strakke banden op de lagere snelheid en laat de deelnemer ongeveer 30 seconden lopen.
Om de snelheid van de-adaptatie te meten, registreert u continu lopen met strakke banden gedurende minimaal 10 minuten om een volledige uitschakeling van de na-effecten te garanderen. Twee volwassenen onder de 40, zonder neurologische of orthopedische aandoeningen, werden onderworpen aan het beschreven paradigma. Het experiment begon met een baseline-meting op de grond en een meting op een loopband met strakke banden bij de twee snelheden van de split-belt.
Vervolgens werd de split-belt test uitgevoerd, gevolgd door twee strakke banden catch trails op de langzame snelheid en de hoge snelheid, gepresenteerd in willekeurige volgorde. Vervolgens, na heraanpassing aan de split belt, werden de effecten na adaptatie op de grond gemeten bij de hoge of lage snelheid. De gegevens werden geplot per stap, perfecte gate begraafplaatsen gemarkeerd door de nullijn, wat aangeeft dat de staplengte of dubbele steunduur gelijk was tus
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het onderzoeken van menselijke locomotieve adaptatie met behulp van een split-belt loopband, waarbij elk been op een verschillende snelheid kan bewegen. De focus ligt op het testen van hoe geadapteerde locomotieve patronen generaliseren naar diverse loopcontexten.
Belangrijkste studieonderdelen
Wetenschappelijk vakgebied
- Motorisch leren
- Locomotore adaptatie
- Revalidatietechnieken
Achtergrond
- Locomotore adaptatie omvat langetermijnveranderingen in de coördinatie van het lopen.
- De split-belt loopband is een innovatief instrument voor het bestuderen van gangadaptatie.
- Deze techniek kan inzicht bieden in hoe individuen zich aanpassen aan verschillende loopcondities.
- Het heeft implicaties voor gangrevalidatie, in het bijzonder na een beroerte.
Doel van de studie
- Om locomotorische adaptatie op te wekken met behulp van een split-belt loopband.
- Om te onderzoeken hoe individuen leren anders te lopen onder variërende omstandigheden.
- Om de generalisatie van geadapteerde locomotorische patronen te beoordelen.
Gebruikte methoden
- De deelnemers lopen op een split-belt loopband met verschillende snelheden voor elk been.
- Het testen wordt uitgevoerd in een rustige omgeving om afleidingen te minimaliseren.
- De voorbereiding van de deelnemers omvat de benodigde materialen voor het experiment.
- De observaties richten zich op veranderingen in de gangcoördinatie en adaptatie.
Belangrijkste resultaten
- De split-belt loopband induceert effectief locomotorische adaptatie.
- Deelnemers vertonen in de loop van de tijd veranderingen in de gangcoördinatie.
- Geadapteerde locomotorische patronen kunnen worden gegeneraliseerd naar verschillende loopcontexten.
- Deze methode is veelbelovend voor de rehabilitatie van patiënten na een beroerte.
Conclusies
- De split-belt loopband is een waardevol instrument voor het bestuderen van motorisch leren.
- De bevindingen dragen bij aan het begrip van mechanismen voor loopadaptatie.
- Deze techniek heeft potentiële toepassingen in klinische revalidatieomgevingen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Leidinggevenden
Inzicht in de mechanismen van locomotorische adaptatie draagt bij aan de ontwikkeling van gerichte revalidatiestrategieën voor neurologische aandoeningen. De split-belt treadmill biedt een gecontroleerd model om te bestuderen hoe motorisch leren generaliseert over verschillende contexten, wat de preklinische evaluatie van ganginterventies ondersteunt. Deze benadering maakt mechanistische risicoreductie mogelijk door adaptieve reacties op nieuwe perturbaties te isoleren, wat relevant is voor het beoordelen van neuromusculaire plasticiteit in ziektestudies.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek naar locomotorische leerpaden mogelijk door de aanpassing aan asymmetrische bandsnelheden te meten.
- Operationele waarde: Biedt een gestandaardiseerd paradigma om neuromusculaire plasticiteit in gezonde menselijke modellen te beoordelen.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Kwantificeert de generalisatie van locomotorisch leren via catch-trials en transfertesten over de grond.
- Operationele waarde: Stelt reproduceerbare metrieken vast voor de grootte van het nabeurs effect en de afnamepercentages onder verschillende loopcondities.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt de evaluatie van interventie-effecten op het herstel van gangsymmetrie in neurologische letselmodellen.
- Operationele waarde: Faciliteert cross-contextuele validatie van de retentie en transfer van motorisch leren.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen de ontdekkingsbiologie om adaptieve motorische controlemechanismen te onderzoeken voorafgaand aan de validatie van doelwitten in ziektemodellen.
- Discovery Biology: Test hoe locomotorische netwerken zich aanpassen aan nieuwe omgevingsuitdagingen, wat bijdraagt aan mechanisme-gebaseerde doelhypothesen.
- Screening: Levert kwantitatieve resultaten voor loopcoördinatie op (bijv. stap-symmetrie, duur van de dubbele steunfase) voor het vergelijken van adaptatietoestanden.
- Analytics: Legt tijdserie-adaptatie en de-adaptatiekinetiek vast om leersnelheden en retentie te modelleren.
- Translationeel onderzoek: Verbindt door loopbanden geïnduceerde na-effecten aan generalisatie van het lopen over de grond, wat relevant is voor het voorspellen van functionele overdracht.
- Enterprise Reuse: Het protocol kan gestandaardiseerd worden over laboratoria heen om comparatieve studies naar locomotorische plasticiteit mogelijk te maken.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Biedt mechanistisch inzicht in locomotorische adaptatie, waardoor onzekerheid bij de validatie van motorische controlepaden wordt verminderd.
- Operationele waarde: Garandeert consistentie door gestandaardiseerde bandsnelheden, rustperioden en omgevingscontroles.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen voor neuromusculaire targets door de generalisatie en retentie van het leerproces te kwantificeren.
- Impact op de portfolio: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde prioritering van kandidaten voor gangrevalidatie op basis van voorspellende adaptatieprofielen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in motion capture, elektromyografie en loopanalyse om coördinatiewijzigingen nauwkeurig te meten.
- Afhankelijk van split-belt loopbandinstrumentatie met onafhankelijke snelheidsregeling en veiligheidsharnas-systemen.
- Maakt standaardisatie van bandsnelheidsverschillen, rustintervallen en het minimaliseren van distractoren over verschillende onderzoekslocaties noodzakelijk.
- Moet rekening houden met confounders zoals armbewegingen, eerdere ervaring met loopbanden en variabiliteit in loopsnelheid.
- Beperkt tot het beoordelen van kortstondige adaptatie; chronische effecten vereisen longitudinale onderzoeksopzetten die niet in dit protocol zijn opgenomen.
