Usando uma escada rolante Split-cinto para avaliar a generalização de adaptação de locomoção humana
August 23rd, 2017
Descreveremos um protocolo para a investigação de adaptação de locomoção humana usando o treadmill split-correia, que tem dois cintos que podem conduzir cada perna em uma velocidade diferente. Focalizamos especificamente um paradigma concebido para testar a generalização de padrões de locomoção adaptados aos diferentes contextos curta (por exemplo, velocidades de marcha, andando de ambientes).
O objetivo geral deste procedimento é induzir a adaptação locomotora ou mudanças de longo prazo na coordenação da marcha, usando uma esteira de cinto dividido que possui dois cintos que podem conduzir cada perna em velocidades diferentes. Esse método pode ajudar a abordar questões-chave no campo da aprendizagem motora, como como as pessoas aprendem a andar de maneira diferente e como podem se adaptar a diferentes condições. A principal vantagem dessa técnica é que a maioria das pessoas nunca encontrou uma esteira de cinto dividido antes, portanto, a técnica fornece uma visão de como as pessoas se adaptam a uma nova pertubação.
As implicações dessa técnica se estendem à reabilitação do portão após o AVC, porque podemos usar a esteira de cinto dividido para treinar alguém com AVC a andar com uma coordenação mais simétrica do portão. Esta parte do vídeo fornece uma visão geral da configuração. Realize todos os testes em um ambiente silencioso com o mínimo de atividade periférica, prepare o participante com todos os materiais necessários.
Como os marcadores de rastreamento de movimento e sensores de eletromiografia. A medição do portão basal é crítica para avaliar a coordenação normal da marcha. Para testes de linha de base no solo, instrua o participante a caminhar em uma passarela onde os dados de captura de movimento possam ser coletados.
Colete um mínimo de 10 ciclos de passada para estabelecer a linha de base. Se o sistema de captura de movimento permitir apenas a captura dentro de um espaço limitado, faça com que o participante execute várias passagens por esse espaço, após cada passagem, o participante deve fazer uma pausa, virar e aguardar a fila do investigador ir novamente. Dentro de um espaço limitado, cada passagem deve ter pelo menos dois ciclos de passada, não incluindo o primeiro e o último ciclos de passada que têm mudanças de aceleração.
Geralmente, a velocidade do teste de linha de base no solo é a escolha do participante, mas se uma velocidade específica for desejada, faça com que o participante caminhe nessa velocidade na esteira por um ou dois minutos para aprender a velocidade desejada. Então, durante a caminhada no solo, dê feedback verbal sobre o ritmo entre as tentativas. Bom e fique na mesma velocidade para outro.
Por segurança, proteja o participante de quedas com um arnês e ao parar e iniciar a esteira, os corrimãos devem ser sempre segurados. Como os efeitos de segurar corrimãos são desconhecidos, é importante manter a consistência e nossos movimentos durante o experimento para todos os participantes. Seu protocolo pode exigir que os participantes sempre se segurem nos corrimãos durante o experimento.
Para os testes de linha de base da esteira, use cintos apertados e dê ao participante um pouco de tempo para se acostumar a andar na esteira. Em seguida, colete dados por um a cinco minutos em cada velocidade da esteira que será testada após a adaptação. Enquanto o participante estiver de pé nos cintos de esteira estacionários, instrua-o a olhar para a frente, não para os pés.
Não avise o participante sobre a diferença de correia dividida. A diferença de velocidade entre as correias dependerá do experimento, normalmente, use uma diferença total de dois a quatro entre as velocidades da correia. Comece a esteira com uma esteira correndo mais rápido que a outra e permita que o participante caminhe por 10 a 15 minutos.
O objetivo é coletar dados do participante se adaptando a terrenos imprevistos. Assim que o participante estiver totalmente adaptado à esteira dividida, pare a esteira brevemente e, em seguida, reinicie brevemente com as duas esteiras funcionando na mesma velocidade. Este período é chamado de teste de captura e o objetivo é medir o efeito posterior à medida que se desenvolve ao longo do período de adaptação.
Os maiores efeitos posteriores ocorrem quando a velocidade das duas correias durante o teste de captura é a mesma velocidade que a correia mais lenta durante a adaptação. Pare este teste após cinco passadas e, em seguida, readapte o participante das velocidades da correia dividida por pelo menos dois minutos e repita o teste de captura, se necessário. No protocolo atual, o segundo ensaio de captura foi conduzido em uma velocidade diferente do primeiro para avaliar a dependência da velocidade dos efeitos posteriores.
Após o teste final de captura, pare a esteira e reinicie a esteira com esteiras divididas por cinco minutos para permitir que o participante se readapte. Para testar os efeitos posteriores na caminhada no solo, transfira o participante para a passarela no solo em cadeira de rodas para que seu primeiro passo sobre o solo possa ser registrado. Em seguida, repita a avaliação da passada ao longo da passarela, se desejar, instrua o participante a replicar sua velocidade de caminhada basal e dar feedback entre as tentativas.
Em seguida, leve o participante de volta à esteira para um segundo teste pós-efeito. O teste de pós-efeito na esteira mostra quanto do aprendizado foi extinto pela caminhada no solo. Reinicie a esteira com os cintos apertados na velocidade mais lenta e permita que o participante caminhe por cerca de 30 segundos.
Para acessar a taxa de desadaptação, registre a caminhada contínua da correia apertada por pelo menos 10 minutos para garantir uma lavagem completa dos efeitos posteriores. Dois adultos com menos de 40 anos, sem condições neurológicas ou ortopédicas, foram submetidos ao paradigma descrito. O experimento começou com uma linha de base no solo e uma medição de esteira de correia apertada nas duas velocidades da esteira dividida.
Em seguida, foi realizado o teste de cinturão dividido, seguido de duas trilhas de captura de cinto apertado na velocidade lenta e na velocidade rápida, apresentadas em ordem aleatória. Em seguida, após a readaptação à correia dividida, os efeitos pós-adaptação do solo foram medidos na velocidade rápida ou lenta. Os dados foram plotados por cemitérios de portão perfeito denotados pela linha zero, indicando que o comprimento do passo ou a duração do suporte duplo era igual entre os dois lados.
Ambos os participantes caminharam com coordenação espacial e temporal quase simétrica entre os membros durante esses testes de linha de base. A esteira de cinto dividido interrompeu a coordenação normal da caminhada, mas as pessoas foram capazes de se adaptar e restaurar a simetria entre um a dois minutos de caminhada ou após cerca de 100 passos. A adaptação é demonstrada pela presença de efeitos posteriores ou coordenação assimétrica em testes de captura em esteira e em testes de pós-adaptação.
Observe que o tamanho do efeito posterior pode ser modulado pela velocidade de caminhada durante as tentativas de captura em esteira. Os efeitos posteriores durante a pós-adaptação em testes de solo são menores do que os efeitos posteriores em esteira e são menos afetados pela velocidade da caminhada. Ao tentar este procedimento, é importante controlar os efeitos de potenciais variáveis de confusão, como o movimento do braço, a duração e a duração das pausas para descanso e a velocidade do overground na caminhada em esteira.
Muitos aspectos desse procedimento podem ser modificados, dependendo da hipótese que está sendo testada. Por exemplo, a taxa de aceleração e a variabilidade das velocidades do sino dividido podem ser alteradas. Não se esqueça de que trabalhar com perturbações de portão pode ser desestabilizador para as pessoas, portanto, tome as devidas precauções para proteger as pessoas de quedas.
Obrigado por assistir e boa sorte com seus experimentos.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para investigar a adaptação locomotora humana usando uma esteira de correias divididas, que permite que cada perna se mova em diferentes velocidades. O foco é testar como os padrões locomotores adaptados se generalizam para vários contextos de caminhada.
Componentes Principais do Estudo
Área da Ciência
- Aprendizagem motora
- Adaptação locomotora
- Técnicas de reabilitação
Fundo
- A adaptação locomotora envolve mudanças de longo prazo na coordenação da caminhada.
- A esteira de correias divididas é uma ferramenta nova para estudar a adaptação da marcha.
- Esta técnica pode fornecer insights sobre como os indivíduos se adaptam a diferentes condições de caminhada.
- Tem implicações para a reabilitação da marcha, particularmente após o derrame.
Propósito do Estudo
- Induzir adaptação locomotora usando uma esteira de correias divididas.
- Explorar como os indivíduos aprendem a caminhar de forma diferente sob várias condições.
- Avaliar a generalização de padrões locomotores adaptados.
Métodos Usados
- Os participantes caminham em uma esteira de correias divididas com velocidades diferentes para cada perna.
- Os testes são conduzidos em um ambiente silencioso para minimizar distrações.
- A preparação dos participantes inclui materiais necessários para o experimento.
- As observações focam em mudanças na coordenação da marcha e adaptação.
Principais Resultados
- A esteira de correias divididas induz efetivamente a adaptação locomotora.
- Os participantes demonstram mudanças na coordenação da marcha ao longo do tempo.
- Padrões locomotores adaptados podem se generalizar para diferentes contextos de caminhada.
- Este método mostra promessa para reabilitação em pacientes com derrame.
Conclusões
- A esteira de correias divididas é uma ferramenta valiosa para estudar a aprendizagem motora.
- Os resultados contribuem para a compreensão dos mecanismos de adaptação da marcha.
- Esta técnica tem potenciais aplicações em ambientes de reabilitação clínica.
Perguntas Frequentes
Executive Industry Relevance
Understanding locomotor adaptation mechanisms informs the development of targeted rehabilitation strategies for neurological conditions. The split-belt treadmill provides a controlled model to study how motor learning generalizes across contexts, supporting preclinical evaluation of gait interventions. This approach enables mechanistic de-risking by isolating adaptive responses to novel perturbations, which is relevant for assessing neuromuscular plasticity in disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of locomotor learning pathways by measuring adaptation to asymmetric belt speeds.
- Operational Value: Provides a standardized paradigm to assess neuromuscular plasticity in healthy human models.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Quantifies generalization of locomotor learning through catch trials and overground transfer tests.
- Operational Value: Establishes reproducible metrics for after-effect magnitude and decay rates across walking conditions.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Supports evaluation of intervention effects on gait symmetry restoration in neurological injury models.
- Operational Value: Facilitates cross-context validation of motor learning retention and transfer.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within discovery biology to probe adaptive motor control mechanisms prior to target validation in disease models.
- Discovery Biology: Tests how locomotor networks adapt to novel environmental challenges, informing mechanism-based target hypotheses.
- Screening: Delivers quantitative gait coordination readouts (e.g., step symmetry, double support duration) for comparing adaptation states.
- Analytics: Captures time-series adaptation and de-adaptation kinetics to model learning rates and retention.
- Translational Research: Links treadmill-induced after effects to overground gait generalization, relevant for predicting functional transfer.
- Enterprise Reuse: Protocol can be standardized across laboratories to enable comparative studies of locomotor plasticity.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Provides mechanistic insight into locomotor adaptation, reducing uncertainty in motor control pathway validation.
- Operational Value: Ensures consistency through standardized belt speeds, rest periods, and environmental controls.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for neuromuscular targets by quantifying learning generalization and retention.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of gait rehabilitation candidates based on predictive adaptation profiles.
Implementation Considerations
- Requires expertise in motion capture, electromyography, and gait analysis to accurately measure coordination changes.
- Dependent on split-belt treadmill instrumentation with independent speed control and safety harness systems.
- Necessitates standardization of belt speed differentials, rest intervals, and distractor minimization across study sites.
- Must account for confounding variables such as arm movement, prior treadmill exposure, and walking speed variability.
- Limited to assessing short-term adaptation; chronic effects require longitudinal designs not covered in this protocol.
