Kontrola siły jest podstawą precyzyjnego chwytu. W porównaniu z uchwytem mechanicznym, chwyt precyzyjny ocenia minimalną siłę wyjściową odzwierciedlającą zdolność do manipulowania obiektem. Wiele systemów sensomotorycznych przyczynia się do precyzyjnego chwytania. Na przykład podczas zadania chwytania i podnoszenia informacje wizualne umożliwiają postrzeganie rozmiaru i kształtu obiektu. Po tym, jak opuszki palców dotkną przedmiotu, sygnały dotykowe są dostarczane do kory somatosensorycznej w celu dostosowania siły precyzyjnego chwytu. Siła chwytu (GF) jest generowana, gdy opuszki palców stykają się z obiektem i zwiększa się podczas fazy podnoszenia1. Kiedy obiekt zbliża się do docelowej wysokości w powietrzu, zdrowi młodzi dorośli wytwarzają minimalną wartość GF, aby zoptymalizować dopływ skóry z miazgi palca i oszczędzać energię. Z drugiej strony, starsi dorośli używają dużej siły chwytu, aby uniknąć wyślizgnięcia się przedmiotu z ich uchwytu2. U pacjentów po udarze mózgu początek siły chwytu jest opóźniony, a zdolność do dostosowania marginesu bezpieczeństwa jest upośledzona z powodu deficytów czuciowych i motorycznych. Nadmierna siła chwytu jest uważana za strategiczną reakcję mającą na celu zrekompensowanie deficytów sensorycznych i motorycznych3.
Standardowy protokół pomiaru kontroli GF w precyzyjnym chwycie został zaproponowany przez Johanssona i Westlinga w latach 80. XX wieku4. Opracowali oni urządzenie do jednoczesnego monitorowania zarówno obciążenia, jak i siły chwytania. Od tego czasu amplituda GF i jej regulacja czasowa są wykorzystywane jako typowe parametry kinetyczne w licznych badaniach nad chwytem precyzyjnym. Kolejnym parametrem kinetycznym jest kierunek siły5. Kierunek siły wynika z połączenia sił chwytu i siły podnoszenia. Aby utrzymać stabilny, precyzyjny chwyt, między kciukiem a palcem wskazującym muszą być generowane odpowiednio ukierunkowane siły chwytu i podnoszenia, a odchylony kierunek siły może powodować niestabilność przestrzenną. Chociaż w badaniach chwytania stosuje się różne przyrządy do kierowania siłą typu ogniwa obciążnikowego, instrumenty te mają ograniczenia w zakresie monitorowania kontroli siły chwytu podczas manipulowania przedmiotami o różnych rozmiarach i kształtach używanych w życiu codziennym. Dlatego elastyczny i dołączany czujnik jest niezbędny do zbadania zależności między kontrolą siły chwytu a codziennymi funkcjami.
Celem tego protokołu jest pośrednia ocena kierunku siły nacisku palca podczas manipulacji obiektem na podstawie biomechanicznej zależności, w której odchylony kierunek siły powoduje wymianę środka nacisku (COP). COP jest środkiem wszystkich sił i reprezentuje sposób równoważenia sił na arkuszu czujnika. Użycie COP do oceny kontroli siły chwytu zostało po raz pierwszy zasugerowane przez Augurelle et al.6. Monitorowali przemieszczenie COP, aby zbadać rolę skórnego sprzężenia zwrotnego i odkryli, że odchylony COP wystąpił po znieczuleniu cyfrowym. Jednak przemieszczenie COP było monitorowane tylko w pionie w ich badaniu; w związku z tym przemieszczenie COP w przestrzeni trójwymiarowej nie zostało odpowiednio ocenione. Aby rozwiązać to ograniczenie, do pomiaru COP użyto cienkiego, elastycznego i wysokiego obrazu przestrzennego arkusza czujnika ciśnienia. Do pomiaru siły chwytu użyto czujników o stosunkowo wysokiej rozdzielczości przestrzennej (~60–100 punktów na cm2) do pomiaru siły chwytu7,8, ale ostatnie postępy w rozdzielczości przestrzennej (248 punktów nacm2) umożliwiają pomiar trajektorii COP jako parametru służącego do ilościowego określenia stabilności przestrzennej. W artykule opisano procedurę eksperymentalną i omówiono, w jaki sposób COP palca przyczynia się do zrozumienia fizjologii i patofizjologii chwytania.