Method Article

Wykorzystanie bieżni z dzielonym pasem do oceny uogólnienia adaptacji lokomotorycznej człowieka

DOI:

10.3791/55424

⸱

August 23rd, 2017

 ,  , 
1Physical Therapy, School of Health Technology and Management, Stony Brook University, 2Motor Learning Lab, Moss Rehabilitation Research Institute, Einstein Healthcare Network

In This Article

Summary

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

Opisujemy protokół badania adaptacji lokomotorycznej człowieka za pomocą bieżni z dzielonym pasem, która ma dwa pasy, które mogą napędzać każdą nogę z inną prędkością. W szczególności skupiamy się na paradygmacie zaprojektowanym w celu przetestowania uogólnienia dostosowanych wzorców lokomotorycznych do różnych kontekstów chodzenia (np. prędkości chodu, środowisk chodzenia).

Abstract

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

Zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw uczenia się lokomotorycznego pomaga badaczom i klinicystom optymalizować przekwalifikowanie chodu w ramach rehabilitacji motorycznej. Jednak badanie uczenia się lokomotorycznego człowieka może być wyzwaniem. W okresie niemowlęctwa i dzieciństwa układ nerwowo-mięśniowy jest dość niedojrzały i jest mało prawdopodobne, aby nauka lokomotoryczna we wczesnych stadiach rozwoju rządziła tymi samymi mechanizmami, co w wieku dorosłym. Zanim ludzie osiągną dojrzałość, są tak biegli w chodzeniu, że trudno jest wymyślić wystarczająco nowatorskie zadanie, aby badać uczenie się lokomotoryczne de novo. Bieżnia z dzielonym pasem, która ma dwa pasy, które mogą napędzać każdą nogę z inną prędkością, umożliwia badanie zarówno krótko- (tj. natychmiastowych), jak i długoterminowych (tj. w ciągu minut-dni; forma uczenia się motorycznego) modyfikacji chodu w odpowiedzi na nową zmianę w środowisku chodzenia. Osoby mogą być łatwo badane pod kątem wcześniejszej ekspozycji na bieżnię z dzielonym pasem, upewniając się w ten sposób, że wszyscy uczestnicy eksperymentu nie mają (lub równoważnego) wcześniejszego doświadczenia. W tym artykule opisano typowy protokół adaptacji bieżni z dzielonym pasem, który obejmuje metody testowania w celu ilościowego określenia uczenia się lokomotorycznego i uogólnienia tego uczenia się na inne konteksty chodzenia. Poniżej omówiono ważne kwestie dotyczące projektowania eksperymentów na bieżni z dzielonym pasem, w tym takie czynniki, jak prędkości pasa bieżni, przerwy na odpoczynek i dystraktory. Ponadto w dyskusji rozważane są potencjalne, ale niedostatecznie zbadane zmienne zakłócające (np. ruchy ramion, wcześniejsze doświadczenia).

Introduction

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

Bieżnia z dzielonym pasem ma dwa pasy, które mogą napędzać każdą nogę z inną prędkością lub w innym kierunku. To urządzenie zostało po raz pierwszy użyte ponad 45 lat temu jako narzędzie do badania koordynacji między nogami (tj. koordynacji międzykończynowej) podczas chodzenia1. To i inne wczesne badania wykorzystywały głównie koty jako model eksperymentalny1,2,3, ale badano również owady4. Pierwsze badania lokomocji z dzielonym pasem u niemowląt i dorosłych zostały opublikowane odpowiednio w 1987 i 1994 roku5,6. Te wstępne badania zarówno na ludziach, jak i zwierzętach innych niż ludzie dotyczyły głównie krótkoterminowych (tj. natychmiastowych) zmian w koordynacji międzykończynowej w celu zachowania stabilności i postępu do przodu, gdy nogi są napędzane z różnymi prędkościami. W badaniu z 1995 roku zauważono, że dłuższe okresy (kilka minut) chodzenia z dzielonym pasem upośledzały zdolność dorosłych ludzi do dokładnego postrzegania prędkości pasa bieżni i dokonywania korekt w celu wyrównania prędkości po każdej stronie. Sugeruje to, że mapowanie sensomotoryczne chodzenia zostało ponownie skalibrowane7. Jednak dopiero w 2005 roku opublikowano pierwszy szczegółowy raport kinematyczny dotyczący adaptacji motorycznej człowieka w ciągu 10 minut chodzenia na bieżni z dzielonym pasem8.

Adaptacja motoryczna odnosi się do procesu sterowanego błędami, podczas którego mapowania sensomotoryczne dobrze wyuczonych ruchów są dostosowywane w odpowiedzi na nowe, przewidywalne zapotrzebowanie9. Jest to forma uczenia się motorycznego, która odbywa się przez dłuższy okres ćwiczeń (od minut do godzin) i powoduje skutki końcowe, którymi są zmiany we wzorcu ruchowym, gdy zapotrzebowanie zostaje usunięte i/lub warunki wracają do normy. Na przykład chodzenie na rozdzielonych pasach początkowo powoduje, że ludzie chodzą z asymetryczną koordynacją międzykończynową, przypominając utykanie. W ciągu kilku minut chodzenia z dzielonym pasem ludzie dostosowują swoją koordynację chodu, dzięki czemu ich chód staje się bardziej symetryczny. Kiedy następnie oba pasy powracają do tej samej prędkości (tj. pasy wiązane), przywracając w ten sposób normalne warunki chodzenia, ludzie wykazują skutki uboczne, chodząc z asymetryczną koordynacją. Te następstwa muszą być aktywnie deadaptowane lub oduczane przez kilka minut chodzenia z pasem wiązanym, zanim normalna koordynacja chodu zostanie przywrócona8.

Zgodnie z Reisman et al. z 2005 roku.8 analiza kinematyczna chodzenia z dzielonym pasem u ludzi, użycie bieżni z dzielonym pasem w opublikowanych badaniach wzrosło około dziesięciokrotnie w porównaniu z poprzednią dekadą. Dlaczego bieżnia z dzielonym pasem staje się coraz bardziej popularna jako narzędzie eksperymentalne? Poruszanie się z dzielonym pasem jest wyraźnie zadaniem laboratoryjnym – najbliższym rzeczywistym odpowiednikiem jest skręcanie lub chodzenie po ciasnym okręgu, ale bieżnia z dzielonym pasem wywołuje znacznie bardziej ekstremalną wersję skręcania, w której jedna noga jest napędzana dwa do czterech razy szybciej niż druga. Fakt, że bieżnia z dzielonym pasem jest bardzo nietypowym zadaniem chodzenia, ma kilka zalet w nauce lokomotorycznej. Po pierwsze, jest to nowość dla większości ludzi niezależnie od wieku i niezależnie od doświadczenia w chodzeniu; Łatwo jest przebadać uczestników eksperymentu pod kątem nowości w chodzeniu z dzielonym pasem. Po drugie, bieżnia z dzielonym pasem wywołuje znaczne zmiany w koordynacji międzykończynowej, które nie są szybko rozwiązywane. Stosunkowo powolne tempo adaptacji i deadaptacji pozwala nam badać, w jaki sposób różne interwencje szkoleniowe mogą zmienić te wskaźniki bez zbliżania się do pułapu. Po trzecie, kinematic8,10, kinetic11,12,13,14, electromyographic6,15,16, oraz perceptual7,17,18,19 modyfikacji, które zachodzą podczas adaptacji bieżni z dzielonym pasem, zostały dobrze zbadane, podobnie jak kontrola neuronowa tego zadania20,21,22. Innymi słowy, adaptacje do bieżni z dzielonym pasem zostały udokumentowane i powielone przez kilka różnych grup, co sprawia, że jest to dobrze scharakteryzowane zadanie uczenia się lokomotorycznego.

W ciągu ostatnich dziesięciu lat, kilka badań wykazało specyficzny dla zadania i kontekstu charakter adaptacji do podzielonego pasa. Skutki uboczne po adaptacji z dzielonym pasem są znacznie zmniejszone pod względem amplitudy, jeśli są testowane w innych warunkach niż warunki treningowe. Na przykład, następstwa są mniejsze, jeśli osoba zostanie przeniesiona do innego środowiska (np. po ziemi chodząc23), wykona inne zadanie lokomotoryczne (np. chodzenie do tyłu lub bieganie13,24), lub nawet chodzi z prędkością, która różni się od prędkości wolniejszego pasa podczas adaptacji25. Trwają prace nad ustaleniem parametrów rządzących uogólnieniem adaptacji lokomotorycznej.

Celem tego artykułu jest opisanie protokołu korzystania z bieżni z dzielonym pasem do badania ludzkiej adaptacji lokomotorycznej i uogólnienia dostosowanego wzorca na inne konteksty chodzenia (tj. różne prędkości chodzenia i środowiska). Podczas gdy opisany tutaj protokół najbardziej bezpośrednio wywodzi się z tego zastosowanego w Hamzey i wsp.25 (Rysunek 1a), należy zauważyć, że ten protokół został oparty na wielu badaniach, które go poprzedzały8,23,24,26,27,28. Metoda została pierwotnie opracowana w celu przetestowania hipotezy, że utrzymanie stałej prędkości chodu między bieżnią a środowiskiem naziemnym poprawiłoby uogólnienie chodzenia z dzielonym pasem w tych różnych środowiskach25. W poniższej sekcji protokołu podajemy instrukcje, jak odtworzyć tę wersję metody bieżni z dzielonym pasem, z uwagami, które wskazują, w jaki sposób niektóre kroki protokołu mogą być modyfikowane dla różnych celów metody.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

Wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Institutional Review Board na Uniwersytecie Stony Brook.

1. Konfiguracja eksperymentalna

Uwaga: Zapoznaj się z Plikiem Uzupełniającym 1-Definicje, aby uzyskać definicje popularnych terminów używanych w eksperymentach na bieżni z dzielonym pasem.

  1. Przebadaj wszystkich uczestników pod kątem wcześniejszego doświadczenia z bieżnią z dzielonym pasem.
    UWAGA: Wykazano, że ludzie szybciej przystosowują się do bieżni z dzielonym pasem po wcześniejszym kontakcie z nią29,30. Skala czasowa, w której ludzie "zapominają" o bieżni z dzielonym pasem, nie jest obecnie znana; W związku z tym wcześniejsze doświadczenie z bieżnią z dzielonym pasem może być zmienną zakłócającą, jeśli nie jest kontrolowane.
  2. Przeprowadzaj wszystkie testy w cichym otoczeniu i minimalizuj aktywność w pomieszczeniu testowym.
  3. Skonfiguruj system śledzenia ruchu (zgodnie z instrukcjami systemu), aby rejestrować ruch na bieżni z dzielonym pasem i na chodniku naziemnym.
    UWAGA: Na przykład obecny protokół wykorzystywał system śledzenia ruchu z aktywnymi znacznikami LED. Cztery czujniki zamontowane na statywie wykryły trójwymiarowe położenie aktywnych znaczników, przy czym dwie jednostki umieszczono po obu stronach (prawej i lewej) bieżni i dwie po obu stronach chodnika o wysokości 7 m.
  4. Wyposaż uczestnika w znaczniki śledzenia ruchu, elektromiografię itp.
  5. Rozważ dołączenie przegrody między dwoma pasami bieżni z dzielonym pasem, aby zapobiec przechodzeniu nóg na przeciwległy pas. Ta przegroda nie jest absolutnie konieczna dla neurologicznie nienaruszonych dorosłych, ale może być pomocna w testowaniu dzieci lub populacji klinicznych. Należy pamiętać, że obecność partycji prawdopodobnie zwiększa szerokość kroku; Jednak stopień, w jakim wpływa to na adaptację dzielonego pasa, jest nieznany.
  6. Ustaw uprząż bezpieczeństwa nad bieżnią, aby chronić uczestnika przed upadkiem podczas chodzenia na bieżni.
    UWAGA: Uprząż nie powinna utrzymywać ciężaru ciała, chyba że jest to częścią pytania badawczego. Chociaż upadek podczas chodzenia na bieżni jest niezwykle rzadki, wiele naukowych komisji etycznych wymaga używania uprzęży bezpieczeństwa.
  7. Utrzymuj spójność w ruchach ramion w całym paradygmacie eksperymentalnym i wśród uczestników. Decydując o rodzaju ruchu ramion (np. trzymanie się poręczy, naturalne wymachiwanie ramionami), zastanów się, co będzie wygodne dla badanej grupy i czy typowy wymach ramion nie będzie zasłaniał widoczności krytycznych znaczników używanych do przechwytywania ruchu (np. dla markerów umieszczonych na biodrach).
    1. Niezależnie od ruchu ramion, poinstruuj wszystkich uczestników, aby trzymali się poręczy podczas uruchamiania i zatrzymywania bieżni dla bezpieczeństwa.
  8. Zachowaj spójność nachylenia w całym paradygmacie eksperymentalnym.
    UWAGA: Według naszej wiedzy wszystkie opublikowane protokoły bieżni z dzielonym pasem, w tym obecny, używały zerowego nachylenia do bieżni i chodzenia po ziemi.

2. Okres bazowy

Uwaga: Celem okresu bazowego jest ustalenie, jaka jest normalna koordynacja chodu dla każdej osoby. Koordynacja wyjściowa powinna być badana we wszystkich warunkach, w których badane są skutki następcze. Na przykład w obecnym protokole testowano efekty końcowe podczas chodzenia na bieżni i po ziemi przy różnych prędkościach (0,7 i 1,4 m/s). W związku z tym uwzględniono próby bazowe nad ziemią i bieżnią przy 0,7 i 1,4 m/s. Pozwala to na bezpośrednie porównanie skutków ubocznych z wyjściową koordynacją chodu przy tej samej prędkości i kontekście. Próby bazowe chodzenia po ziemi można wyeliminować, gdy cele eksperymentalne nie obejmują uogólnienia na chodzenie po ziemi.

  1. W przypadku prób bazowych nad ziemią poinstruuj uczestnika, aby przeszedł po ziemi po chodniku, na którym można zebrać dane dotyczące przechwytywania ruchu. Zbierz co najmniej 10 cykli kroku, aby ustalić linię bazową podczas chodzenia po ziemi.
    1. Jeśli system przechwytywania ruchu pozwala na przechwytywanie ruchu tylko w ograniczonej przestrzeni, poproś uczestnika o wykonanie kilku przejść (np. prób) przez przestrzeń przechwytywania ruchu. Na koniec każdej próby poinstruuj uczestnika, aby się zatrzymał, odwrócił w miejscu i przygotował na wskazówkę badacza, aby rozpocząć następną próbę.
    2. W przypadku każdej próby upewnij się, że w przestrzeni przechwytywania ruchu wykonywane są co najmniej dwa cykle kroku, nie wliczając pierwszego i ostatniego cyklu kroku.
      UWAGA: Te początkowe i końcowe cykle kroku zostaną odrzucone z analizy, ponieważ są to kroki przyspieszania/zwalniania, a nie chodzenie w stanie ustalonym.
    3. Poproś uczestników, aby wykonali kilka (zazwyczaj 10) prób chodzenia po ziemi.
      1. Jeśli pożądana jest określona prędkość, poproś uczestnika, aby chodził z tą prędkością po bieżni (na przywiązanych pasach), aby zapoznać go z zadaniem. Następnie wróć do chodnika, poinstruuj uczestnika, aby chodził z taką samą prędkością, jak na bieżni i mierz czas uczestnika podczas każdej próby chodzenia po ziemi. Udzielaj ustnych informacji zwrotnych między każdą próbą, aby przyspieszyć lub zwolnić, jeśli to konieczne25.
  2. W przypadku prób podstawowych na bieżni poinstruuj uczestnika, aby chodził na pasach wiązanych przez 1 - 5 minut
    UWAGA: Jest to pojedyncze badanie podstawowe. Jeśli uczestnik nie jest zaznajomiony z chodzeniem na bieżni, okres ten może zostać wydłużony, aby umożliwić mu oswajanie się z zadaniem.
    1. Należy dopasować prędkość (prędkości) prób podstawowych do prędkości (prędkości), przy której będą badane skutki końcowe, aby umożliwić porównanie koordynacji chodu przed i po adaptacji przy równoważnych prędkościach.
      UWAGA: Może być wymagane wielokrotne próby podstawowe (tj. bloki 1 - 5 minut) przy różnych prędkościach pasa mocującego; Na przykład w obecnym protokole zebrano próby wyjściowe przy prędkościach pasa wiązanego 0,7 m/s i 1,4 m/s, ponieważ były to prędkości używane do oceny skutków ubocznych.

3. Okres adaptacji

Uwaga: Uczestnicy nie muszą być instruowani, że mają zamiar chodzić na pasach. W wielu eksperymentach, w tym w obecnym, uczestnikom nie mówi się, czy pasy będą wiązane, czy dzielone; Są po prostu informowani, kiedy bieżnia będzie się uruchamiać lub kończyć. Dzięki temu eksperymentator może zmierzyć skutki nieoczekiwanej zmiany w środowisku chodzenia.

  1. Gdy uczestnik stoi na nieruchomych pasach bieżni, rozpocznij bieżnię z dzielonym pasem z jednym pasem biegnącym szybciej od drugiego i pozwól uczestnikowi chodzić przez co najmniej 7 minut (częściej 10 - 15 minut).
    1. Poinstruuj uczestnika, aby patrzył prosto przed siebie, a nie w dół, na swoje stopy.
    2. Ustaw jedną prędkość taśmy większą od drugiej (np. 2 - 3 razy więcej różnic między prędkościami taśmy).
      UWAGA: W przeszłości stosowano wyższe współczynniki prędkości8,31. Obecny protokół wykorzystuje 0,7:1,4 m/s dla stosunku 2:1.
      1. Albo losowo wybierz, która noga jest napędzana przez wolniejszy pas, albo konsekwentnie wybieraj jedną nogę (dominującą lub niedominującą) jako nogę, która jest napędzana przez wolniejszy pas.
      2. Różnica prędkości taśmy może być wprowadzana stopniowo (prędkość taśmy szybkiej jest stopniowo zwiększana i/lub prędkość taśmy wolno zmniejszana stopniowo w ciągu kilku minut) lub nagle (od pozycji zatrzymanej taśmy przyspieszają do prędkości docelowej w ciągu kilku sekund).
        UWAGA: Sposób, w jaki wprowadzane są pasy dzielone, może wpływać na to, jak poszczególne osoby się adaptują, jak dobrze przenoszą dostosowany wzór do różnych środowisk chodzenia i jak dobrze ponownie przystosowują się do pasów podzielonych 24 godziny później27,32. Obecnie większość protokołów chodzenia z dzielonym pasem (w tym obecny) wprowadza nagłe wprowadzenie dzielonych pasów.
      3. Jeśli przewiduje się, że będą potrzebne przerwy (np. dla małych dzieci, osób starszych lub osób o ograniczonej sprawności ruchowej), dodaj do protokołu z góry określone przerwy na odpoczynek dla wszystkich uczestników. Upewnij się, że długość tych przerw jest stała; Nieprzewidziane przerwy powinny być rejestrowane i mierzone w czasie, ponieważ może to być czynnik, który należy wziąć pod uwagę w analizie33.

4. Próba złapania

Uwaga: Próby łapania są przeprowadzane na bieżni (wiązane pasy) i służą do krótkiego testowania efektów ubocznych uczestnika do tej pory w protokole, wskazując, jak bardzo się przystosowali. Próba łapania to krótki (zwykle < 20 s) okres chodzenia z pasem wiązanym w celu szybkiej oceny rozwoju skutków ubocznych w okresie adaptacji pasa dzielonego.

  1. Gdy uczestnik w pełni przystosuje się do dzielonych pasów (minimum 7 minut chodzenia z dzielonym pasem), na krótko zatrzymaj pasy i uruchom ponownie bieżnię, gdy oba pasy będą działać z tą samą prędkością. Przeprowadź próbę złapania, uruchamiając bieżnię z tą samą prędkością, co wolniejszy pas podczas adaptacji dzielonego pasa28, ponieważ skutki uboczne będą tutaj największe.
    1. Aby zmaksymalizować amplitudę efektu końcowego po adaptacji dzielonego pasa z prędkością 0,7:1,4 m/s, należy przeprowadzić próbę chwytania przy prędkości 0,7 m/s.
  2. Aby złagodzić deadaptację, zakończ próbę łapania (tj. zatrzymaj bieżnię), gdy uczestnik zrobi około pięciu kroków z pożądaną prędkością próby połowu (~ 10-15 s).
  3. Aby ocenić skutki końcowe prób łapania przeprowadzonych przy wielu różnych prędkościach chodu (lub innych zmian w kontekstach chodu, np. chodzenie do przodu i do tyłu24), ponownie dostosuj uczestnika przez co najmniej 2 minuty na podzielonych pasach między każdą próbą złapania.
    UWAGA: Kolejność prób połowu powinna być losowa25 i/lub pierwsza próba połowu powinna zostać ponownie przetestowana pod koniec okresu adaptacji, aby określić, czy nastąpił systematyczny spadek wielkości po efekcie z wielokrotnym przełączaniem między pasami wiązanymi (próby łapania) a pasami dzielonymi (readaptacja)28.
  4. Po ostatniej próbie złapania zatrzymaj bieżnię i uruchom ją ponownie za pomocą dzielonych pasów (taka sama konfiguracja jak w przypadku adaptacji - patrz krok 3.1.2) na 2-5 minut, aby umożliwić uczestnikowi ponowną adaptację.

5. Postadaptacja - Testowanie efektów ubocznych podczas chodzenia po ziemi

Uwaga: Ten krok jest opcjonalny i zależy od celów eksperymentu. W niniejszym protokole cele obejmowały ocenę uogólnienia do chodzenia po ziemi, w związku z czym uwzględniono okres prób po adaptacji nad ziemią.

  1. Zatrzymaj bieżnię i przenieś uczestnika na chodnik naziemny za pomocą wózka inwalidzkiego, aby uniemożliwić uczestnikom podejmowanie niezarejestrowanych kroków przed dotarciem do obszaru nagrywania.
  2. Poinstruuj uczestnika, aby szedł po chodniku naziemnym, tak jak w kroku 2.1.
    1. Jeśli pożądana jest określona prędkość chodu, poinstruuj osoby, aby powtórzyły podstawową prędkość chodu25.
    2. Aby całkowicie zmyć następstwa chodzenia po ziemi, tak aby ludzie powrócili do swojej podstawowej koordynacji, poproś uczestników, aby wykonali 10-15 przejść pieszych na chodniku o długości 6 m nad ziemią
      UWAGA: Wykazano, że jest to wystarczające26,27 i wynosi około 30 kroków27. Jeśli chodzenie po ziemi nie jest rejestrowane w sposób ciągły (np. kilka przejść przechodzi przez obszar nagrywania), będzie kilka kroków, które nie są analizowane pomiędzy każdą próbą chodzenia po ziemi, ponieważ uczestnik zwalnia, obraca się w miejscu i zaczyna iść w przeciwnym kierunku. Tempo deadaptacji w próbach postadaptacyjnych nad ziemią (OG PA) powinno być interpretowane ostrożnie, chyba że konfiguracja doświadczalna pozwala na ciągłe rejestrowanie chodzenia po ziemi.

6. Postadaptacja - Testowanie efektów ubocznych podczas chodzenia na bieżni

UWAGA: Podobnie jak w kroku 5, ten krok jest opcjonalny i zależy od celów badania. Jeśli uwzględniono okres OG PA, kolejne testy po okresie adaptacji bieżni pod kątem obecności skutków ubocznych bieżni po skutkach nad ziemią zostały wyprane23,26,27. Jeśli nie było okresu OG PA, okres po adaptacji bieżni może być wykorzystany do oceny efektów końcowych bieżni (pierwsze 1 - 5 kroków po adaptacji) i/lub wskaźników deadaptacji bieżni22,29,34.

  1. Jeśli nie było OG PA, pod koniec okresu adaptacji zatrzymaj bieżnię na chwilę i uruchom ją ponownie z zawiązanymi pasami. Jeśli nastąpił okres chodzenia po ziemi, użyj wózka inwalidzkiego, aby przetransportować uczestnika z powrotem na bieżnię stacjonarną i ponownie wystartować z zawiązanymi pasami; Wózek inwalidzki jest ważny, aby zminimalizować liczbę kroków, które nie są rejestrowane.
    1. Aby po prostu zmierzyć rozmiar efektu, rejestruj chodzenie z zawiązanym pasem przez krótki okres (np. 30 s). Aby ocenić tempo deadaptacji, należy rejestrować ciągły chód na pasie przywiązanym przez co najmniej 10 minut, aby zapewnić całkowite wypłukanie skutków ubocznych.
    2. Ustaw prędkość pasów wiązanych w okresie po adaptacji zgodnie z postawionymi hipotezami, ponieważ największe efekty końcowe bieżni występują, gdy prędkość pasa wiązanego jest równa prędkości wolniejszego pasa podczas adaptacji pasa dzielonego25,28. Jeśli adaptacja odbywa się przy prędkościach dzielonej taśmy 0,7 i 1,4 m/s, należy ustawić prędkość związanej taśmy na 0,7 m/s, aby zaobserwować największe efekty końcowe.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Chodzenie na bieżni z dzielonym pasem początkowo powoduje duże asymetrie w koordynacji międzykończynowej. W ciągu 10 - 15 minut symetria w wielu z tych pomiarów jest stopniowo przywracana. Szczegółowe opisy tego, jak zmieniają się parametry chodu kinematycznego w trakcie adaptacji bieżni z dzielonym pasem, zostały opublikowane w innym miejscu8,10. W artykule skupiono się na dwóch miarach koordynac...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Liczne badania wykazały, że ludzie dostosowują koordynację chodu na bieżni z dzielonym pasem, aby przywrócić symetrię parametrów koordynacji międzykończynowej, takich jak długość kroku i czas trwania podwójnego podparcia. Kiedy naturalne warunki chodzenia zostaną przywrócone po chodzeniu z dzielonym pasem, uczestnicy kontynuują stosowanie dostosowanego wzorca chodu, co prowadzi do skutków ubocznych, których należy się oduczyć, aby powrócić do normalnej koordynacji chodu. Naukowcy wykorzystują przede wszystkim współczynni...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

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

Ta praca została sfinansowana przez American Heart Association Scientist Development Grant (#12SDG12200001) dla E. Vasudevan. Obecna afiliacja R. Hamzeya to Wydział Inżynierii Mechanicznej, Boston University, Boston, MA, USA. Obecna afiliacja E. Kirka to MGH Institute of Health Professions Department of Physical Therapy.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Bieżnia z dzielonym pasemWoodway
Codamotion CX1Charmwood Dynamics, Ltd, Leicestershire, Wielka Brytania

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kulagin, A. S., Shik, M. L. Interaction of symmetric extremities during controlled locomotion. Biofizika. 15 (1), 164-170 (1970).
  2. Halbertsma, J. M. The stride cycle of the cat: the modelling of locomotion by computerized analysis of automatic recordings. Acta Physiol Scand Suppl. 521, 1-75 (1983).
  3. Forssberg, H., Grillner, S., Halbertsma, J., Rossignol, S. The locomotion of the low spinal cat. II. Interlimb coordination. Acta Physiol Scand. 108 (3), 283-295 (1980).
  4. Foth, E., Bassler, U. Leg movements of stick insects walking with five legs on a treadwheel and with one leg on a motor-driven belt. II. Leg coordination when step-frequencies differ from leg to leg. Biol Cybern. 51 (5), 319-324 (1985).
  5. Thelen, E., Ulrich, B. D., Niles, D. Bilateral coordination in human infants: stepping on a split-belt treadmill. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 13 (3), 405-410 (1987).
  6. Dietz, V., Zijlstra, W., Duysens, J. Human neuronal interlimb coordination during split-belt locomotion. Exp Brain Res. 101 (3), 513-520 (1994).
  7. Jensen, L., Prokop, T., Dietz, V. Adaptational effects during human split-belt walking: influence of afferent input. Exp Brain Res. 118 (1), 126-130 (1998).
  8. Reisman, D. S., Block, H. J., Bastian, A. J. Interlimb coordination during locomotion: what can be adapted and stored? J Neurophysiol. 94 (4), 2403-2415 (2005).
  9. Martin, T. A., Keating, J. G., Goodkin, H. P., Bastian, A. J., Thach, W. T. Throwing while looking through prisms. II. Specificity and storage of multiple gaze-throw calibrations. Brain. 119 (Pt 4), 1199-1211 (1996).
  10. Malone, L. A., Bastian, A. J., Torres-Oviedo, G. How does the motor system correct for errors in time and space during locomotor adaptation? J Neurophysiol. 108 (2), 672-683 (2012).
  11. Lauziere, S., et al. Plantarflexion moment is a contributor to step length after-effect following walking on a split-belt treadmill in individuals with stroke and healthy individuals. J Rehabil Med. 46 (9), 849-857 (2014).
  12. Mawase, F., Haizler, T., Bar-Haim, S., Karniel, A. Kinetic adaptation during locomotion on a split-belt treadmill. J Neurophysiol. 109 (8), 2216-2227 (2013).
  13. Ogawa, T., Kawashima, N., Obata, H., Kanosue, K., Nakazawa, K. Distinct motor strategies underlying split-belt adaptation in human walking and running. PLoS One. 10 (3), e0121951(2015).
  14. Roemmich, R. T., Hack, N., Akbar, U., Hass, C. J. Effects of dopaminergic therapy on locomotor adaptation and adaptive learning in persons with Parkinson's disease. Behav Brain Res. 268, 31-39 (2014).
  15. Betschart, M., Lauziere, S., Mieville, C., McFadyen, B. J., Nadeau, S. Changes in lower limb muscle activity after walking on a split-belt treadmill in individuals post-stroke. J Electromyogr Kinesiol. 32, 93-100 (2017).
  16. Maclellan, M. J., et al. Muscle activation patterns are bilaterally linked during split-belt treadmill walking in humans. J Neurophysiol. 111 (8), 1541-1552 (2014).
  17. Hoogkamer, W., et al. Gait asymmetry during early split-belt walking is related to perception of belt speed difference. J Neurophysiol. 114 (3), 1705-1712 (2015).
  18. Vazquez, A., Statton, M. A., Busgang, S. A., Bastian, A. J. Split-belt walking adaptation recalibrates sensorimotor estimates of leg speed but not position or force. J Neurophysiol. 114 (6), 3255-3267 (2015).
  19. Wutzke, C. J., Faldowski, R. A., Lewek, M. D. Individuals Poststroke Do Not Perceive Their Spatiotemporal Gait Asymmetries as Abnormal. Phys Ther. 95 (9), 1244-1253 (2015).
  20. Jayaram, G., Galea, J. M., Bastian, A. J., Celnik, P. Human locomotor adaptive learning is proportional to depression of cerebellar excitability. Cereb Cortex. 21 (8), 1901-1909 (2011).
  21. Morton, S. M., Bastian, A. J. Cerebellar contributions to locomotor adaptations during splitbelt treadmill walking. J Neurosci. 26 (36), 9107-9116 (2006).
  22. Jayaram, G., et al. Modulating locomotor adaptation with cerebellar stimulation. J Neurophysiol. 107 (11), 2950-2957 (2012).
  23. Reisman, D. S., Wityk, R., Silver, K., Bastian, A. J. Split-belt treadmill adaptation transfers to overground walking in persons poststroke. Neurorehabil Neural Repair. 23 (7), 735-744 (2009).
  24. Choi, J. T., Bastian, A. J. Adaptation reveals independent control networks for human walking. Nat Neurosci. 10 (8), 1055-1062 (2007).
  25. Hamzey, R. J., Kirk, E. M., Vasudevan, E. V. Gait speed influences aftereffect size following locomotor adaptation, but only in certain environments. Exp Brain Res. 234 (6), 1479-1490 (2016).
  26. Torres-Oviedo, G., Bastian, A. J. Seeing is believing: effects of visual contextual cues on learning and transfer of locomotor adaptation. J Neurosci. 30 (50), 17015-17022 (2010).
  27. Torres-Oviedo, G., Bastian, A. J. Natural error patterns enable transfer of motor learning to novel contexts. J Neurophysiol. 107 (1), 346-356 (2012).
  28. Vasudevan, E. V., Bastian, A. J. Split-belt treadmill adaptation shows different functional networks for fast and slow human walking. J Neurophysiol. 103 (1), 183-191 (2010).
  29. Malone, L. A., Vasudevan, E. V., Bastian, A. J. Motor adaptation training for faster relearning. J Neurosci. 31 (42), 15136-15143 (2011).
  30. Musselman, K. E., Roemmich, R. T., Garrett, B., Bastian, A. J. Motor learning in childhood reveals distinct mechanisms for memory retention and re-learning. Learn Mem. 23 (5), 229-237 (2016).
  31. Yang, J. F., Lamont, E. V., Pang, M. Y. Split-belt treadmill stepping in infants suggests autonomous pattern generators for the left and right leg in humans. J Neurosci. 25 (29), 6869-6876 (2005).
  32. Roemmich, R. T., Bastian, A. J. Two ways to save a newly learned motor pattern. J Neurophysiol. 113 (10), 3519-3530 (2015).
  33. Malone, L. A., Bastian, A. J. Age-related forgetting in locomotor adaptation. Neurobiol Learn Mem. 128, 1-6 (2016).
  34. Malone, L. A., Bastian, A. J. Thinking about walking: effects of conscious correction versus distraction on locomotor adaptation. J Neurophysiol. 103 (4), 1954-1962 (2010).
  35. Vasudevan, E. V., Torres-Oviedo, G., Morton, S. M., Yang, J. F., Bastian, A. J. Younger is not always better: development of locomotor adaptation from childhood to adulthood. J Neurosci. 31 (8), 3055-3065 (2011).
  36. Alexander, R. M. Optimization and gaits in the locomotion of vertebrates. Physiol Rev. 69 (4), 1199-1227 (1989).
  37. Vasudevan, E. V., Patrick, S. K., Yang, J. F. Gait Transitions in Human Infants: Coping with Extremes of Treadmill Speed. PLoS One. 11 (2), e0148124(2016).
  38. Eikema, D. J., et al. Optic flow improves adaptability of spatiotemporal characteristics during split-belt locomotor adaptation with tactile stimulation. Exp Brain Res. 234 (2), 511-522 (2016).
  39. Mukherjee, M., et al. Plantar tactile perturbations enhance transfer of split-belt locomotor adaptation. Exp Brain Res. 233 (10), 3005-3012 (2015).
  40. Finley, J. M., Statton, M. A., Bastian, A. J. A novel optic flow pattern speeds split-belt locomotor adaptation. J Neurophysiol. 111 (5), 969-976 (2014).
  41. Long, A. W., Roemmich, R. T., Bastian, A. J. Blocking trial-by-trial error correction does not interfere with motor learning in human walking. J Neurophysiol. 115 (5), 2341-2348 (2016).
  42. Musselman, K. E., Patrick, S. K., Vasudevan, E. V., Bastian, A. J., Yang, J. F. Unique characteristics of motor adaptation during walking in young children. J Neurophysiol. 105 (5), 2195-2203 (2011).
  43. Gordon, C. R., Fletcher, W. A., Melvill Jones, G., Block, E. W. Adaptive plasticity in the control of locomotor trajectory. Exp Brain Res. 102 (3), 540-545 (1995).
  44. Savin, D. N., Tseng, S. C., Morton, S. M. Bilateral adaptation during locomotion following a unilaterally applied resistance to swing in nondisabled adults. J Neurophysiol. 104 (6), 3600-3611 (2010).
  45. Lam, T., Wirz, M., Lunenburger, L., Dietz, V. Swing phase resistance enhances flexor muscle activity during treadmill locomotion in incomplete spinal cord injury. Neurorehabil Neural Repair. 22 (5), 438-446 (2008).
  46. Yen, S. C., Schmit, B. D., Wu, M. Using swing resistance and assistance to improve gait symmetry in individuals post-stroke. Hum Mov Sci. 42, 212-224 (2015).
  47. Lam, T., Anderschitz, M., Dietz, V. Contribution of feedback and feedforward strategies to locomotor adaptations. J Neurophysiol. 95 (2), 766-773 (2006).
  48. Handzic, I., Barno, E. M., Vasudevan, E. V., Reed, K. B. Design and Pilot Study of a Gait Enhancing Mobile Shoe. Paladyn. 2 (4), (2011).
  49. Haddad, J. M., van Emmerik, R. E., Whittlesey, S. N., Hamill, J. Adaptations in interlimb and intralimb coordination to asymmetrical loading in human walking. Gait Posture. 23 (4), 429-434 (2006).
  50. Noble, J. W., Prentice, S. D. Adaptation to unilateral change in lower limb mechanical properties during human walking. Exp Brain Res. 169 (4), 482-495 (2006).
  51. Choi, J. T., Vining, E. P., Reisman, D. S., Bastian, A. J. Walking flexibility after hemispherectomy: split-belt treadmill adaptation and feedback control. Brain. 132 (Pt 3), 722-733 (2009).
  52. Vasudevan, E. V., Glass, R. N., Packel, A. T. Effects of traumatic brain injury on locomotor adaptation. J Neurol Phys Ther. 38 (3), 172-182 (2014).
  53. Reisman, D. S., McLean, H., Keller, J., Danks, K. A., Bastian, A. J. Repeated split-belt treadmill training improves poststroke step length asymmetry. Neurorehabil Neural Repair. 27 (5), 460-468 (2013).
  54. MacLellan, M. J., Qaderdan, K., Koehestanie, P., Duysens, J., McFadyen, B. J. Arm movements during split-belt walking reveal predominant patterns of interlimb coupling. Hum Mov Sci. 32 (1), 79-90 (2013).
  55. Finley, J. M., Long, A., Bastian, A. J., Torres-Oviedo, G. Spatial and Temporal Control Contribute to Step Length Asymmetry During Split-Belt Adaptation and Hemiparetic Gait. Neurorehabil Neural Repair. 29 (8), 786-795 (2015).
  56. Roemmich, R. T., Long, A. W., Bastian, A. J. Seeing the Errors You Feel Enhances Locomotor Performance but Not Learning. Curr Biol. 26 (20), 2707-2716 (2016).
  57. Mawase, F., Shmuelof, L., Bar-Haim, S., Karniel, A. Savings in locomotor adaptation explained by changes in learning parameters following initial adaptation. J Neurophysiol. 111 (7), 1444-1454 (2014).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Split belt TreadmillLocomotor AdaptationGait RehabilitationMotor LearningOverground WalkingMotion TrackingElectromyography SensorsCatch TrialAfter EffectsTreadmill Belt Speeds

Related Articles