Name: Wykorzystanie bieżni z dzielonym pasem do oceny uogólnienia adaptacji lokomotorycznej człowieka (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-23T12:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
Description: Poznaj metodę adaptacji lokomotorycznej człowieka przy użyciu bieżni z dzielonym pasem, która pozwala ocenić uogólnienie zmian w koordynacji chodu. Technika ta ma zastosowanie w rehabilitacji po udarze.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

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.
<ol>
	<li>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.</li>
	<li>Przeprowadzaj wszystkie testy w cichym otoczeniu i minimalizuj aktywność w pomieszczeniu testowym.</li>
	<li>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.</li>
	<li>Wyposaż uczestnika w znaczniki śledzenia ruchu, elektromiografię itp.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>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).
	<ol>
		<li>Niezależnie od ruchu ramion, poinstruuj wszystkich uczestników, aby trzymali się poręczy podczas uruchamiania i zatrzymywania bieżni dla bezpieczeństwa.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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.</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>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.
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Poproś uczestników, aby wykonali kilka (zazwyczaj 10) prób chodzenia po ziemi.
		<ol>
			<li>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.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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.
	<ol>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>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).
	<ol>
		<li>Poinstruuj uczestnika, aby patrzył prosto przed siebie, a nie w dół, na swoje stopy.</li>
		<li>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.
		<ol>
			<li>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.</li>
			<li>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.</li>
			<li>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.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>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.
	<ol>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Aby złagodzić deadaptację, zakończ próbę łapania (tj. zatrzymaj bieżnię), gdy uczestnik zrobi około pięciu kroków z pożądaną prędkością próby połowu (~ 10-15 s).</li>
	<li>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)<klasa sup="xref">28.</li>
	<li>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.</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>Zatrzymaj bieżnię i przenieś uczestnika na chodnik naziemny za pomocą wózka inwalidzkiego, aby uniemożliwić uczestnikom podejmowanie niezarejestrowanych kroków przed dotarciem do obszaru nagrywania.</li>
	<li>Poinstruuj uczestnika, aby szedł po chodniku naziemnym, tak jak w kroku 2.1.
	<ol>
		<li>Jeśli pożądana jest określona prędkość chodu, poinstruuj osoby, aby powtórzyły podstawową prędkość chodu25.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
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.
<ol>
	<li>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.
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>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 dzielonego<klasa sup="xref">25,<klasa sup="xref">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.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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...

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.

<table><tbody><tr><td>Bieżnia z dzielonym pasem</td><td>Woodway</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Codamotion CX1</td><td>Charmwood Dynamics, Ltd, Leicestershire, Wielka Brytania</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

wykorzystanie bieżni z dzielonym pasem do oceny uogólnienia adaptacji lokomotorycznej człowieka

Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation

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).

Chodzenie na bieżni z rozdzielnymi pasami (split-belt treadmill) powoduje początkowo duże asymetrie w koordynacji między kończynami. W okresie od 10 do 15 min symetria w wielu z tych parametrów jest stopniowo przywracana. Szczegółowe opisy zmian kinematycznych parametrów chodu w trakcie adaptacji do bieżni z rozdzielnymi pasami zostały opublikowane w innych pracach8,10. Niniejsza praca koncentruje...

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).

Wykorzystanie bieżni z dzielonym pasem do oceny uogólnienia adaptacji lokomotorycznej człowieka

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. ...

Ogólnym celem tej procedury jest wywołanie adaptacji lokomotorycznej lub długoterminowych zmian w koordynacji chodu przy użyciu bieżni z dzielonym pasem, która ma dwa pasy, które mogą napędzać każdą nogę z różnymi prędkościami. Ta metoda może pomóc w rozwiązaniu kluczowych pytań w dziedzinie uczenia się motorycznego, takich jak to, w jaki sposób ludzie uczą się chodzić inaczej i jak mogą przystosować się do różnych warunków. Główną zaletą tej techniki jest to, że większość ludzi nigdy wcześniej nie spotkała się z bieżnią z dzielonym pasem, dzięki czemu technika ta zapewnia wgląd w to, jak ludzie przystosowują się do nowej pertubacji.Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku rehabilitacji bramki po udarze, ponieważ możemy użyć bieżni z dzielonym pasem, aby wyszkolić kogoś z udarem, aby chodził z bardziej symetryczną koordynacją bramki. Ta część filmu zawiera ogólny przegląd konfiguracji. Przeprowadź wszystkie testy w cichym otoczeniu z minimalną aktywnością peryferyjną, przygotuj uczestnika ze wszystkimi potrzebnymi materiałami.Takich jak znaczniki śledzenia ruchu i czujniki elektromiograficzne. Podstawowy pomiar bramki ma kluczowe znaczenie dla oceny prawidłowej koordynacji chodu. W przypadku prób bazowych prowadzonych na powierzchni poinstruuj uczestnika, aby szedł po chodniku, po którym można zbierać dane dotyczące przechwytywania ruchu.Zbierz co najmniej 10 cykli kroku, aby ustalić linię bazową. Jeśli system przechwytywania ruchu pozwala na przechwytywanie tylko w ograniczonej przestrzeni, poproś uczestnika o wykonanie kilku przejść przez tę przestrzeń, po każdym przejściu uczestnik powinien się zatrzymać, obrócić i poczekać, aż kolejka badacza ponownie się zmieni. Na ograniczonej przestrzeni każde przejście musi mieć co najmniej dwa cykle kroku, nie wliczając w to pierwszego i ostatniego cyklu kroku, w których występują zmiany przyspieszenia.Ogólnie rzecz biorąc, prędkość naziemnej próby bazowej jest wyborem uczestnika, ale jeśli pożądana jest określona prędkość, niech uczestnik będzie chodził z tą prędkością na bieżni przez jedną lub dwie minuty, aby nauczyć się pożądanej prędkości. Następnie, podczas chodzenia po ziemi, przekaż ustną informację zwrotną na temat ich tempa między próbami. Dobre i pozostań w tej samej prędkości przez kolejny.Dla bezpieczeństwa należy chronić uczestnika przed upadkami za pomocą uprzęży, a podczas zatrzymywania się i uruchamiania bieżni zawsze należy trzymać się poręczy. Ponieważ efekty trzymania poręczy są nieznane, ważne jest, aby zachować spójność i nasze ruchy podczas eksperymentu dla wszystkich uczestników. Twój protokół może wymagać, aby uczestnicy zawsze trzymali się poręczy podczas eksperymentu.W przypadku prób podstawowych na bieżni używaj ciasnych pasów i daj uczestnikowi trochę czasu na przyzwyczajenie się do chodzenia na bieżni. Następnie zbieraj dane przez jedną do pięciu minut przy każdej prędkości bieżni, która zostanie przetestowana po adaptacji. Gdy uczestnik stoi na nieruchomych pasach bieżni, poinstruuj go, aby patrzył prosto przed siebie, a nie w dół na swoje stopy.Nie ostrzegaj uczestnika o różnicy w dzielonym pasie. Różnica prędkości między pasami będzie zależeć od eksperymentu, zazwyczaj stosuje się od dwóch do czterech pełnych różnic między prędkościami taśmy. Rozpocznij bieżnię z dzielonym pasem z jednym pasem biegnącym szybciej od drugiego i pozwól uczestnikowi chodzić przez 10 do 15 minut.Celem jest zebranie danych o uczestniku, który przystosowuje się do nieprzewidzianego terenu. Gdy uczestnik w pełni przyzwyczai się do dzielonego pasa, zatrzymaj bieżnię na chwilę, a następnie na krótko uruchom ponownie, gdy oba pasy będą działać z tą samą prędkością. Okres ten nazywa się próbą połowową, a jego celem jest zmierzenie efektu końcowego w miarę jego rozwoju w okresie adaptacji.Największe skutki uboczne występują, gdy prędkość dwóch pasów podczas próby połowu jest taka sama jak wolniejsza taśma podczas adaptacji. Przerwij tę próbę po pięciu krokach, a następnie ponownie dostosuj uczestnika do prędkości dzielonego pasa na co najmniej dwie minuty i powtórz próbę złapania, jeśli to konieczne. W obecnym protokole druga próba połowu została przeprowadzona z inną prędkością niż pierwsza, aby ocenić zależność od prędkości efektów ubocznych.Po ostatniej próbie złapania zatrzymaj bieżnię i uruchom ją ponownie na bieżni z dzielonymi pasami na pięć minut, aby umożliwić uczestnikowi ponowną adaptację. Aby przetestować efekty po chodzeniu po ziemi, przenieś uczestnika na chodnik naziemny za pomocą wózka inwalidzkiego, aby można było zarejestrować jego pierwszy krok nad ziemią. Następnie powtórz ocenę kroku wzdłuż chodnika, w razie potrzeby poinstruuj uczestnika, aby powtórzył swoją wyjściową prędkość chodzenia i przekazał informację zwrotną między próbami.Następnie przewieź uczestnika z powrotem na bieżnię na drugi test po efekcie. Test efektu na bieżni pokazuje, ile nauki zostało wygaszone przez chodzenie po ziemi. Uruchom ponownie bieżnię z napiętymi pasami przy mniejszej prędkości i pozwól uczestnikowi chodzić przez około 30 sekund.Aby uzyskać dostęp do tempa deadaptacji, rejestruj ciągły chód na ciasnym pasie przez co najmniej 10 minut, aby zapewnić całkowite wypłukanie skutków ubocznych. Opisanemu paradygmatowi poddano dwie osoby dorosłe poniżej 40 roku życia, bez schorzeń neurologicznych lub ortopedycznych. Eksperyment rozpoczął się od pomiaru linii bazowej nad ziemią i ciasnego pasa na bieżni przy dwóch prędkościach podzielonego pasa.Następnie przeprowadzono test z dzielonym pasem, po którym nastąpiły dwie ciasne smugi zaczepienia taśmy przy małej prędkości i dużej prędkości, przedstawione w losowej kolejności. Następnie, po ponownym przystosowaniu się do podzielonego pasa, mierzono efekty adaptacji po naziemi przy dużej lub niskiej prędkości. Dane zostały wykreślone według schodkowych, idealnych cmentarzy bramowych oznaczonych linią zerową, co wskazuje, że długość stopnia lub czas trwania podwójnej podpory był równy między obiema stronami.Obaj uczestnicy chodzili z niemal symetryczną przestrzenną i czasową koordynacją międzykończynową podczas tych badań wyjściowych. Bieżnia z dzielonym pasem zakłócała normalną koordynację chodzenia, ale ludzie byli w stanie dostosować się i przywrócić symetrię między jedną a dwiema minutami chodzenia lub po około 100 krokach. Adaptację wykazuje się poprzez obecność skutków ubocznych lub asymetrycznej koordynacji w próbach połowu na bieżni oraz w próbach naziemnych po adaptacji.Należy pamiętać, że wielkość efektu końcowego może być modulowana przez prędkość chodzenia podczas prób łapania na bieżni. Efekty końcowe podczas prób po adaptacji nad ziemią są mniejsze niż po efektach bieżni i mniej wpływa na nie prędkość chodzenia. Próbując wykonać tę procedurę, ważne jest, aby kontrolować wpływ potencjalnych zmiennych zakłócających, takich jak ruch ramienia, długość i czas trwania przerw na odpoczynek oraz prędkość chodzenia po ziemi podczas chodzenia na bieżni.Wiele aspektów tej procedury może być modyfikowanych w zależności od testowanej hipotezy. Na przykład można zmienić szybkość przyspieszenia i zmienność prędkości dzielonego dzwonu. Nie zapominaj, że praca z perturbacjami bramy może być destabilizująca dla ludzi, więc podejmij odpowiednie środki ostrożności, aby chronić ludzi przed upadkiem.Dziękujemy za oglądanie i życzymy powodzenia w eksperymentach.

using-split-belt-treadmill-to-evaluate-generalization-human-locomotor

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Lokomocja jest często badana jako wynik behawioralny w różnych modelach chorób w dziedzinach takich jak neuronauka i ortopedia. Niniejszy artykuł wideo ma na celu opisanie metody pomiaru sił reakcji podłoża oraz kinematyki u szczurów podczas swobodnej lokomocji.

Wyznaczanie kinematyki i siły reakcji podłoża: demonstracja ilościowej oceny zdolności lokomocyjnych szczurów młodych, dorosłych w średnim wieku oraz geriatrycznych

Opracowanie skutecznego systemu interfejsu mózg-maszyna-(BMI) do przywracania i rehabilitacji dwunożnej lokomocji wymaga dokładnego dekodowania intencji użytkownika.  W tym miejscu przedstawiamy nowatorski protokół eksperymentalny i technikę zbierania danych do jednoczesnego nieinwazyjnego nabywania aktywności neuronalnej, aktywności mięśni i kinematyki całego ciała podczas różnych zadań i warunków lokomocyjnych.

Jednoczesna elektroencefalografia skóry głowy (EEG), elektromiografia (EMG) i segmentalny zapis inercyjny całego ciała do multimodalnego dekodowania neuronalnego

Dwa paradygmaty ćwiczeń zostały przetestowane na nowo opracowanym chemicznie indukowanym modelu myszy menopauzalnej, aby zbadać wpływ menopauzy na zdolność do ćwiczeń i adaptację serca do ćwiczeń.

Metoda badania wpływu chemicznie wywołanej niewydolności jajników na wydolność wysiłkową i adaptację serca u myszy

Ćwiczenia mogą łagodzić zaburzenia zachowania związane z chorobami neurodegeneracyjnymi. Badania nad mechanizmami leżącymi u podstaw efektów za pośrednictwem ćwiczeń nasiliły się w modelach chorób, ale neurobiologiczne tło towarzyszące tym chorobom, w szczególności starzenie się, prawdopodobnie nie jest brane pod uwagę.  W tym miejscu ilustrujemy środki zwiększające prawdopodobieństwo udanego paradygmatu ćwiczeń u starszych szczurów.

Osiąganie zgodności z wymuszonymi ćwiczeniami u gryzoni: krytyczny standard oceny wpływu ćwiczeń na zaburzenia i choroby związane ze starzeniem się

Ten protokół demonstruje nasz model treningu na bieżni lokomotorycznej opartego na aktywności dla szczurów z uszkodzeniem rdzenia kręgowego (SCI). Obejmuje to zarówno grupy czworonożne, jak i tylko kończyny przednie, a także dwa odrębne typy niewyszkolonych grup kontrolnych. Badacze są w stanie ocenić efekty treningu na szczurach SCI przy użyciu tego protokołu.

Trening oparty na aktywności na bieżni ze szczurami Wistar z uszkodzonym rdzeniem kręgowym

Tutaj prezentujemy protokół do analizy postawy i chodu pacjentów po operacji usztywnienia lędźwiowego za pomocą wysokiej rozdzielczości wideo rasterstereografii i bieżni wyposażonej w zintegrowaną matę sensoryczną. Umożliwienie krytycznej funkcjonalnej oceny pooperacyjnej na mniej subiektywnym poziomie może zwiększyć dokładność i wiarygodność wskazań do operacji.

Ocena postawy i profilu chodu pacjentów po operacji usztywnienia odcinka lędźwiowego za pomocą wideorasterstereografii i analizy chodu na bieżni

Krótka sesja (≤10 min) trening interwałowy o wysokiej intensywności (HIIT) pojawia się jako alternatywa dla dłuższych metod ćwiczeń, jednak krótsze warianty rzadko są modelowane w badaniach na zwierzętach. Tutaj opisujemy 10-minutowy, 3 dni w tygodniu, protokół HIIT na bieżni pod górę, który zwiększa wydolność fizyczną u myszy w wieku męskim i żeńskim.

Krótka sesja treningu interwałowego o wysokiej intensywności i ocena bieżni u starszych myszy

To badanie badało biomechaniczne cechy zmiennych kinematycznych kończyn dolnych między początkową a końcową fazą biegu na bieżni 5 km. Dane kinematyczne kończyn dolnych 10 biegaczy zebrano za pomocą trójwymiarowego systemu przechwytywania ruchu na bieżni odpowiednio w fazie początkowej (0,5 km) i końcowej (5 km).

Analiza porównawcza kinematyki kończyn dolnych między początkową a końcową fazą biegu na bieżni na 5 km

Ten artykuł przedstawia reakcje morfometryczne i wyniki treningu według protokołu treningu interwałowego o wysokiej intensywności (HIIT) w szczurzym modelu otyłości wywołanej dietą metodą Sprague'a-Dawleya. Celem tego protokołu była maksymalizacja intensywności ćwiczeń i określenie fizjologicznych reakcji na HIIT u szczupłych i otyłych szczurów.

Przewlekły trening interwałowy o wysokiej intensywności i model otyłości wywołanej dietą w celu maksymalizacji wysiłku fizycznego i wywołania zmian fizjologicznych u szczurów

Protokół ten ustanawia pipeline oceny kinematyki tylnej kończyny szczura za pomocą testu na bieżni bez markerów z automatycznym oznaczaniem trajektorii wielostawowych opartym na głębokim uczeniu, co umożliwia powtarzalną ilościową ilościową identyfikację ruchu.

Wielostawowe synchroniczne śledzenie oparte na uczeniu głębokim do obiektywnej ilościowej kinematyki ruchowej kończyn tylnych u szczurów

Ten protokół ocenia skuteczność lekkiego, miękkiego egzoszkieletu bioder w zmniejszaniu stresu fizjologicznego podczas wchodzenia na wzniesienie u osób starszych. Za pomocą zrandomyzowanego projektu crossover, metoda pokazuje, że urządzenie znacząco zmniejsza koszt fizjologiczny i subiektywne zmęczenie u osób starszych.

Miękki egzoszkielet bioder zmniejsza koszt fizjologiczny i postrzeganą wysiłek u osób starszych podczas wędrówki pod górę

Poznaj metodę adaptacji lokomotorycznej człowieka przy użyciu bieżni z dzielonym pasem, która pozwala ocenić uogólnienie zmian w koordynacji chodu. Technika ta ma zastosowanie w rehabilitacji po udarze.

Wykorzystanie bieżni z dzielonym pasem do oceny uogólnienia adaptacji lokomotorycznej człowieka

Przeglądaj więcej filmów