Wykorzystanie bieżni z dzielonym pasem do oceny uogólnienia adaptacji lokomotorycznej człowieka
23 sierpnia 2017
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).
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.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy artykuł przedstawia protokół badania adaptacji lokomocyjnej u ludzi z wykorzystaniem bieżni z niezależnie sterowanymi pasami (split-belt treadmill), która umożliwia poruszanie się każdej nogi z różną prędkością. Głównym celem jest przetestowanie, w jaki sposób zaadaptowane wzorce lokomocyjne generalizują się w różnych kontekstach chodzenia.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Uczenie motoryczne
- Adaptacja lokomotoryczna
- Techniki rehabilitacyjne
Wstęp
- Adaptacja lokomocyjna obejmuje długoterminowe zmiany w koordynacji chodu.
- Bieżnia z rozdzielonymi pasami jest nowatorskim narzędziem do badania adaptacji chodu.
- Technika ta może dostarczyć informacji na temat tego, w jaki sposób osoby dostosowują się do różnych warunków chodzenia.
- Ma ona znaczenie dla rehabilitacji chodu, szczególnie po udarze.
Cel badania
- Wywołanie adaptacji lokomocyjnej z wykorzystaniem bieżni z rozdzielonymi pasami.
- Zbadanie, w jaki sposób osoby uczą się chodzić w różny sposób w zmiennych warunkach.
- Ocena generalizacji zaadaptowanych wzorców lokomocyjnych.
Zastosowane metody
- Uczestnicy idą na bieżni z rozdzielonymi pasami, przy czym dla każdej nogi ustawiona jest inna prędkość.
- Badanie jest przeprowadzane w cichym otoczeniu, aby zminimalizować rozproszenie uwagi.
- Przygotowanie uczestników obejmuje zapewnienie materiałów niezbędnych do przeprowadzenia eksperymentu.
- Obserwacje koncentrują się na zmianach w koordynacji chodu i adaptacji.
Główne wyniki
- Bieżnia z rozdzielnymi pasami skutecznie indukuje adaptację lokomocyjną.
- U uczestników obserwuje się zmiany w koordynacji chodu w czasie.
- Zadaptowane wzorce lokomocyjne mogą generalizować się na różne konteksty chodzenia.
- Metoda ta wykazuje potencjał w rehabilitacji pacjentów po udarze.
Wnioski
- Bieżnia z niezależnie sterowanymi pasami jest cennym narzędziem do badania uczenia się motorycznego.
- Wyniki przyczyniają się do zrozumienia mechanizmów adaptacji chodu.
- Technika ta znajduje potencjalne zastosowanie w warunkach rehabilitacji klinicznej.
Najczęściej Zadawane Pytania
Znaczenie dla przemysłu
Zrozumienie mechanizmów adaptacji lokomocyjnej pozwala na opracowanie ukierunkowanych strategii rehabilitacyjnych w schorzeniach neurologicznych. Bieżnia z rozdzielnymi pasami (split-belt treadmill) stanowi kontrolowany model do badania sposobu generalizacji uczenia się motorycznego w różnych kontekstach, co wspiera przedkliniczną ocenę interwencji w zakresie chodu. Podejście to umożliwia mechanistyczną redukcję ryzyka poprzez izolację odpowiedzi adaptacyjnych na nowe zaburzenia, co jest istotne przy ocenie plastyczności nerwowo-mięśniowej w modelach chorobowych.
Zastosowania strategiczne w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wstępna faza odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie szlaków uczenia się lokomocji poprzez pomiar adaptacji do asymetrycznych prędkości pasów biegowych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia zestandaryzowany paradygmat oceny plastyczności nerwowo-mięśniowej w zdrowych modelach ludzkich.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Ilościowe określenie generalizacji uczenia się lokomocji za pomocą prób przechwytujących (catch trials) oraz testów transferu w chodzie naturalnym.
- Wartość operacyjna: Ustanowienie powtarzalnych wskaźników wielkości efektu następczego oraz tempa jego zaniku w różnych warunkach chodzenia.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera ocenę efektów interwencji w zakresie przywracania symetrii chodu w modelach obrażeń neurologicznych.
- Wartość operacyjna: Ułatwia walidację retencji i transferu uczenia się motorycznego w różnych kontekstach.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w ramy biologii odkrywczej, służąc do badania adaptacyjnych mechanizmów kontroli motorycznej przed walidacją celu w modelach chorobowych.
- Biologia odkrywcza: Bada, w jaki sposób sieci lokomotoryczne adaptują się do nowych wyzwań środowiskowych, co pozwala na formułowanie hipotez dotyczących celów terapeutycznych opartych na mechanizmach.
- Przesiewanie: Dostarcza ilościowych odczytów koordynacji chodu (np. symetrii kroków, czasu trwania podwójnego podparcia) w celu porównania stanów adaptacji.
- Analityka: Rejestruje kinetykę adaptacji i deadaptacji w serii czasowej, aby modelować tempo uczenia się i retencji.
- Badania translacyjne: Łączy efekty następcze wywołane przez bieżnię z generalizacją chodu po podłożu, co jest istotne dla przewidywania transferu funkcjonalnego.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Protokół może zostać ustandaryzowany w różnych laboratoriach, aby umożliwić porównawcze badania plastyczności lokomotorycznej.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Dostarcza wglądu w mechanizmy adaptacji lokomocyjnej, zmniejszając niepewność w walidacji szlaków kontroli motorycznej.
- Wartość operacyjna: Zapewnia spójność dzięki standaryzacji prędkości taśmy, okresów odpoczynku oraz kontroli środowiskowych.
- Wartość strategiczna: Wspiera decyzje o kontynuacji lub przerwaniu badań nad celami nerwowo-mięśniowymi poprzez kwantyfikację generalizacji i retencji uczenia się.
- Wpływ na portfolio: Wspiera priorytetyzację kandydatów do rehabilitacji chodu z uwzględnieniem ryzyka, w oparciu o predykcyjne profile adaptacyjne.
Wskazówki dotyczące wdrożenia
- Wymaga specjalistycznej wiedzy z zakresu przechwytywania ruchu, elektromiografii i analizy chodu w celu dokładnego pomiaru zmian w koordynacji.
- Zależne od instrumentacji bieżni z rozdzielnymi pasami, wyposażonej w niezależną kontrolę prędkości i systemy uprzęży bezpieczeństwa.
- Wymaga standaryzacji różnic prędkości pasów, przerw na odpoczynek oraz minimalizacji czynników rozpraszających we wszystkich ośrodkach badawczych.
- Należy uwzględnić zmienne zakłócające, takie jak ruchy ramion, wcześniejsze doświadczenie w korzystaniu z bieżni oraz zmienność prędkości chodu.
- Ograniczone do oceny adaptacji krótkoterminowej; efekty przewlekłe wymagają podłużnych schematów badawczych, które nie są objęte niniejszym protokołem.
