Zmodyfikowana technika Lean and Release w celu podkreślenia hamowania reakcji i wyboru działania w równowadze reaktywnej
March 19th, 2020
Tutaj oferujemy protokół, który pozwala użytkownikowi na selektywną zmianę afordancji i/lub ograniczeń ruchów, które są istotne dla odzyskania równowagi po zaburzeniach postawy.
Jednym z ograniczeń w tym, jak często przeprowadza się oceny równowagi, jest to, że kładą one duży nacisk na działania odruchowe bez konieczności rewizji automatycznych reakcji posturalnych. Takie skupienie się wyłącznie na wysoce stereotypowych reakcjach nie odniosłoby się do tego, w jaki sposób możemy je zmodyfikować, jeśli zajdzie taka potrzeba. Na przykład unikanie przeszkód za pomocą kroku odzyskiwania.
Obecny protokół oferuje sposób na wymaganie tłumienia automatycznych, ale niewłaściwych reakcji korekcyjnych równowagi i wymuszenie wyboru spośród alternatywnych opcji działania, aby skutecznie przywrócić równowagę po zaburzeniach postawy. Wyjątkowość obecnego podejścia polega na tym, że dostęp do wizji jest precyzyjnie kontrolowany, podczas gdy osoba badana pozostaje nieruchoma, a jej środowisko reakcji jest zmieniane wokół niej, aby stworzyć różne możliwości działania i/lub ograniczenia. Manipulując obecnością przeszkód i afordancji dla działania, metoda ta kładzie nacisk na procesy poznawcze, takie jak podejmowanie decyzji i hamowanie reakcji w odniesieniu do odzyskiwania równowagi.
Przed badaniem poproś uczestnika o wyrażenie pisemnej świadomej zgody na zabiegi. Pozyskiwanie danych i filtr pasmowoprzepustowy za pomocą interfejsu akwizycji danych i odpowiedniego oprogramowania. Po zamocowaniu powierzchniowych elektrod EMG na dwóch wewnętrznych mięśniach dłoni po prawej stronie i zginaczach grzbietowych kostki po obu nogach, zbierz dane EMG z docelowych mięśni.
Użyj niestandardowego systemu lean and release cable, aby nałożyć perturbacje do przodu. Poproś uczestnika, aby stanął w pozycji pochylonej do przodu ze stopami rozstawionymi mniej więcej na szerokość bioder. Aby kontrolować wzrok, załóż uczestnikowi gogle ciekłokrystaliczne i ogranicz widzenie do ram czasowych tuż przed zaburzeniami postawy.
Po zamknięciu gogle uniemożliwiają dostęp do sceny wizualnej, więc uczestnik nie jest świadomy zbliżającego się warunku reakcji. Aby utrzymać to pochylenie do przodu, przymocuj linkę podtrzymującą z tyłu uprzęży ciała. Przymocuj nośny do ściany za pomocą magnesu.
Sprawdź, czy uczestnik rzeczywiście widzi uchwyt i blok nóg podczas noszenia gogli. Rozpocznij każdą próbę od poinstruowania uczestnika, aby patrzył bezpośrednio na stały punkt na podłodze około trzech metrów przed sobą, trzymając głowę w wygodnej pozycji. Ustaw korpus tak, aby upewnić się, że uchwyt znajduje się w zasięgu uchwytu.
Poproś uczestnika, aby pochylił się do przodu, utrzymując obie stopy w kontakcie z podłogą. Podczas prób, w których uchwyt jest odsłonięty, przed nogami uczestnika prezentowany jest blok na nogi. Blok nóg utrudnia krok, ale nie jest sztywno osadzony na miejscu.
Podczas niektórych prób należy użyć czarnej plandeki do przykrycia uchwytu, aby zapobiec bezpośredniemu dostępowi wzrokowemu i zapobiec wszelkiemu chwytowi podtrzymującemu. Następnie zdejmij blok nogi, aby w razie potrzeby umożliwić reakcję krokową. Zmień konkretną konfigurację bloku nóg i dostępności uchwytu dla każdej próby, gdy gogle są zamknięte, aby uczestnik musiał szybko dostrzec otoczenie po otwarciu gogli.
Przesuń osłonę uchwytu i blok nóg na miejsce za pomocą serwomotorów uruchamianych komputerowo na początku każdej próby. Przed testem pokrótce zapoznaj uczestnika z tym, jak sięgnąć do uchwytu i zrobić krok do przodu z pozycji pochylonej. Podczas testów i ćwiczeń poinstruuj uczestnika, aby pozostał zrelaksowany, chyba że zostanie poproszony o ruch przez nagłe zwolnienie linki.
Losowo zmieniaj ustawienie odpowiedzi między próbami. Po zwolnieniu z nośnego uczestnik musi odzyskać stabilność, sięgając po uchwyt bezpieczeństwa zamontowany na ścianie lub robiąc krok do przodu, jeśli ścieżka kroku jest wolna. Zawsze zamykaj gogle okluzyjne na początku każdej próby, kiedy to ustawienie odpowiedzi zostanie zmienione.
Zamknij gogle na losowy okres, zwykle trzy do czterech sekund, aby umożliwić zmianę ustawienia. Gdy gogle się otworzą, podaj jedno z dwóch możliwych ustawień reakcji. Po pierwsze, blok nóg jest obecny i obecny jest uchwyt podporowy, lub po drugie, nie ma bloku nóg i nie ma uchwytu podporowego.
W przypadku prób, w których wystąpią zakłócenia, zwolnij wkrótce po otwarciu gogli. Niech każda próba trwa 10 sekund z krótką przerwą między próbami, aby dać uczestnikom szansę na zresetowanie się w razie potrzeby. Daj uczestnikom krótki okres odpoczynku pomiędzy każdym blokiem testowym i pozwól im usiąść.
W jednej z wersji naszego zadania równowagi reakcja krokowa jest częstsza, a tym samym bardziej automatyczna. Na przykład w 30% badań wykorzystuje się blokadę nóg. Pokazano tutaj średnie przebiegi osób, które znajdowały się na przeciwległych końcach kontinuum w celu tłumienia aktywności nóg związanej z krokami.
Wykres rozrzutu przedstawia niewielką, ale istotną korelację między zdolnością do tłumienia zablokowanego kroku a hamowaniem odpowiedzi mierzonym czasem reakcji sygnału stop, który jest miarą uzyskaną z zadania poznawczego w pozycji siedzącej. W innym badaniu z zastosowaniem przezczaszkowej stymulacji magnetycznej wyniki wskazują, że samo oglądanie uchwytu podtrzymującego powodowało ułatwienie wewnętrznego mięśnia ręki. Rysunek ten przedstawia wielkość potencjału wywołanego silnika w różnych warunkach.
Inne oddzielne badanie wykazało dowody na powszechne wyłączanie układu silnikowego, gdy automatyczny krok jest nagle zatrzymywany. W tym konkretnym badaniu uchwyt nie był dostępny. Prawidłowe ustawienie uczestnika ma kluczowe znaczenie, aby upewnić się, że widzi on uchwyt i blok nóg oraz że te przedmioty znajdują się w zasięgu chwytania i kopania.
Inną techniką, którą zastosowaliśmy, jest przezczaszkowa stymulacja magnetyczna w celu zbadania aktywacji układu motorycznego. Daje to wgląd w przygotowawcze mechanizmy mózgowe w kontekście równowagi reaktywnej. Nasze podejście podkreśla potrzebę wyższych procesów mózgowych, aby uniknąć upadku.
W związku z tym można to wykorzystać do ujawnienia deficytów mózgu w grupach klinicznych ze spadkiem funkcji poznawczych.
Przegląd
Ten protokół pozwala na selektywną manipulację możliwości i ograniczeń ruchowych w celu pomocy w odzyskaniu równowagi po zakłóceniu postawy. Poprzez kontrolowanie dostępu wzrokowego i modyfikowanie środowiska reakcji, metoda podkreśla procesy poznawcze zaangażowane w podejmowanie decyzji i hamowanie reakcji.
Kluczowe komponenty badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Kontrola ruchowa
- Odzyskanie równowagi
Tło
- Tradycyjne oceny równowagi koncentrują się na działaniach odruchowych.
- Automatyczne reakcje posturalne mogą nie być przystosowane do zmieniającego się środowiska.
- Modyfikowanie reakcji może poprawić strategie odzyskiwania równowagi.
- Kontrola wzrokowa jest kluczowa w ocenie reakcji na równowagę.
Cel badania
- Opracowanie protokołu, który modyfikuje możliwości i ograniczenia ruchu.
- Zbadanie procesów poznawczych w odzyskiwaniu równowagi.
- Ocena wpływu manipulacji wzrokowej na reakcje motoryczne.
Stosowane metody
- Uczestnicy udziela pisemnej zgody i poddają się poborowi danych EMG.
- Gogle z ciekłymi kryształami kontrolują dostęp wzrokowy podczas prób.
- Uczestnicy wykonują zadania z równowagą z różnymi konfiguracjami przeszkód.
- Ustawienia odpowiedzi są losowane, aby ocenić przystosowywalność w odzyskiwaniu równowagi.
Główne wyniki
- Uczestnicy wykazali różne zdolności do hamowania automatycznych reakcji krokowych.
- Znaleziono istotne korelacje między hamowaniem reakcji a odzyskiwaniem równowagi.
- Transkranialna stymulacja magnetyczna ujawniła wgląd w aktywację układu ruchowego.
- Dostęp wzrokowy wpływał na skuteczność strategii odzyskiwania równowagi.
Konkluzje
- Protokół skutecznie podkreśla rolę procesów poznawczych w odzyskiwaniu równowagi.
- Wyniki sugerują potencjalne zastosowania w populacjach klinicznych z zaburzeniami poznawczymi.
- Dalsze badania mogą zbadać implikacje dla strategii rehabilitacji.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Integrating cognitive control into reactive balance assessment addresses a critical gap in understanding how higher brain functions contribute to fall prevention in complex environments. This protocol enables biopharma R&D teams to interrogate neural mechanisms underlying response inhibition and action selection, supporting predictive confidence in translational neuroscience and neurotherapeutic development. The approach enhances mechanistic de-risking at the interface of motor control and cognitive function, informing early-stage target validation and biomarker strategies.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of neural circuits responsible for response inhibition during balance recovery.
- Clarifies the role of cognitive processes in modifying stereotypical motor responses to perturbation.
- Supports functional target validation for interventions aimed at cognitive-motor integration.
- Facilitates predictive confidence in selecting neural pathways for further study.
Screening & Assay Development
- Provides a validated paradigm for quantifying both automatic and volitional motor outputs.
- Standardizes measurement of EMG and neurophysiological responses under controlled sensory conditions.
- Enables reproducible assessment of action selection and inhibition across trials and subjects.
- Prepares a robust platform for screening compounds or interventions affecting cognitive-motor function.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant models of cognitive decline impacting balance and fall risk.
- Supports continuity from mechanistic discovery to preclinical validation of neurotherapeutics.
- Enables risk-adjusted advancement decisions based on quantitative inhibition and action selection metrics.
- Facilitates translational biomarker development for cognitive-motor integration deficits.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol bridges early discovery and preclinical research by enabling hypothesis-driven testing of neural control mechanisms in balance recovery. It supports workflows from target validation through lead identification in neurotherapeutic pipelines.
- Discovery Biology: Illuminates how neural circuits mediate suppression of automatic responses and selection of context-appropriate actions.
- Screening: Delivers quantitative EMG and behavioral readouts for comparing intervention effects on response inhibition.
- Analytics: Provides statistical outputs correlating inhibition capacity with motor performance under varying constraints.
- Translational Research: Connects laboratory findings to clinical populations with cognitive-motor deficits.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable, modular assay for diverse neurocognitive and motor control investigations.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in neural target engagement and mechanistic de-risking.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of cognitive-motor assays.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for neurotherapeutic candidates targeting cognitive-motor integration.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of assets addressing fall risk and cognitive decline.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurophysiology, EMG acquisition, and cognitive-motor assessment.
- Needs instrumentation for precise visual control, EMG recording, and programmable perturbation delivery.
- Demands cross-team standardization of trial protocols and data analysis pipelines.
- Adaptable to various model systems but dependent on subject compliance and safety monitoring.
- Limitations include the need for specialized equipment and potential variability in participant cognitive status.
