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Behavior

인간의 운동 적응의 일반화를 평가 하는 분할 벨트 디딜 방 아를 사용 하 여

Published: August 23, 2017 doi: 10.3791/55424
Automatic Translation
1,2, 1,2, 2
1Physical Therapy, School of Health Technology and Management, Stony Brook University, 2Motor Learning Lab, Moss Rehabilitation Research Institute, Einstein Healthcare Network

Summary

우리는 인간의 운동 적응 분할 벨트 디딜 방 아, 다른 속도에 각 다리를 운전할 수 있는 두 개의 벨트를 사용 하 여 조사에 대 한 프로토콜을 설명 합니다. 우리는 특별히 다른 걷는 컨텍스트 (예를 들어, 환경 걷는 걸음 걸이 속도)에 적응된 운동 패턴의 일반화를 테스트 하도록 설계 된 패러다임에 초점.

Abstract

메커니즘을 이해 기본 운동 학습 연구와 임상 최적화 모터 재활의 일환으로 재교육 걸음 걸이. 그러나, 인간의 운동 학습을 공부 하 고 전하실 수 있습니다. 초기와 어린 시절, 동안 신경 근육 학 시스템은 매우 성숙 하 고 운동 학습 개발의 초기 단계 동안 성인에서 동일한 메커니즘에 의해 규율 됩니다 가능성이 크다. 시간 인간으로 성숙에 도달, 그들은 너무 능숙 걷는 데 노 보 운동 학습 연구를 충분히 소설 작업을 같이 어렵다. 분할 벨트 디딜 방 아, 2 개의 벨트는 다른 속도에 각 다리를 구동할 수 있는 수의 두 짧은-(즉, 즉각적인) 연구 및 장기 (즉, 분 일 동안, 모터 학습의 한 형태)에 대 한 응답 수정 걸음 걸이 워킹 환경에 새로운 변화입니다. 개인 수 쉽게 상영 분할 벨트 디딜 방 아에 이전 노출에 대 한 모든 실험 참가자 없다 보장 (또는 동등한) 이전 경험. 이 문서는 운동 학습과 다른 걷는 컨텍스트에이 학습의 일반화를 계량 테스트 방법을 통합 하는 일반적인 분할 벨트 디딜 방 아 적응 프로토콜을 설명 합니다. 분할-벨트 디딜 방 아를 설계에 대 한 중요 한 고려 사항에 대 한 논의 다음과, 디딜 방 아 벨트 속도, 휴식, 그리고 항목 같은 요소를 포함 하 여 실험. 또한, understudied 하지만 잠재적인 혼란 변수 (예를 들어, 팔의 움직임, 이전 경험) 여겨진다 토론에.

Introduction

분할-벨트 디딜 방 아 두 벨트 다른 속도로 또는 다른 방향에서 각 다리를 구동할 수 있다. 이 장치 처음1을 걷는 동안 다리 (즉, interlimb 조정) 사이 조정 연구 도구로 서 전 45 년 동안 사용 되었습니다. 하지만이, 그리고 다른 초기 연구는 실험 모델,12,3, 고양이 사용 주로 곤충은 또한 공부4. 인간 유아와 성인에서 분할 벨트 운동의 첫 번째 조사는 1987에 1994, 각각5,6출판 되었다. 인간 및 비인간적인 동물에서 이러한 초기 연구는 주로 단기 (즉, 즉각적인) 조정 때 다리는 서로 다른 속도에서 안정성과 앞으로 진행을 보존 하기 위해 interlimb 조정에 조사. 1995 연구 장기간 (몇 분) 분할-벨트 산책의 각 측면에서 속도 맞춰야 정확 하 게 인식 하는 디딜 방 아 벨트 속도 조정을 하 인간 성인 수 장애인 지적 했다. 이 걷는 sensorimotor 매핑 recalibrated7있었다 나왔다. 그러나, 그것은 2005 년 첫 번째 상세한 인간 모터 적응의 운동학 보고서 10 분 이상 분할 벨트 디딜 방 아 산책은 출판된8까지 했다.

모터 적응 기간 동안 잘 배운된 움직임의 sensorimotor 매핑 새로운, 예측 가능한 수요9응답에서 조정 오류 기반 프로세스를 가리킵니다. 확장된 연습 기간 (시간 분) 발생 하는 모터 학습의 한 형태 이며 효과, 수요 제거 운동 패턴에 변화 및 조건 하에서 결과 정상으로 반환 합니다. 예를 들어 분할 벨트에 처음 걷는 사람들이 비대칭 interlimb 조정, 다리를 닮은 걸을 발생 합니다. 분할-벨트 걷는 몇 분 동안 사람들이 그들의 걸음 걸이 더 대칭 되도록 걷는 조정 그들의 적응. 두 개의 벨트 이후 동일한 속도 (즉, 연결-벨트) 돌아가려면, 따라서 보통 걷는 상태 복원 사람들 입증 효과 비대칭 조정으로 걸어서. 이러한 효과 드 적극적으로 적응 해야 또는 묶인 벨트 걷는 정상적인 걷는 조정 복원된8전에 몇 분 동안 배우지.

다음 2005 Reisman 외. 8 분할 벨트 인간에 걷기의 운동학 적 분석, 출판된 연구에 분할 벨트 디딜 방 아의 사용 약 이전 10 년에 비해 10 배 증가 했다. 왜가 분할 벨트 디딜 방 아 실험 도구로 서 더 많은 인기 되 고? 분할-벨트 ambulation 명확 하 게 실험실 작업-가장 가까운 실제 아날로그 선회 또는 꽉 자리에서 산책 이지만 2 ~ 4 배를 다른 것 보다 더 빠르게 구동 되 고 한 다리와 돌기의 훨씬 더 극단적인 버전을 유도 하는 분할 벨트 디딜 방 아. 사실 분할 벨트 디딜 방 아는 매우 특이 한 걷는 작업 공부 운동 학습에 대 한 몇 가지 장점이. 첫째, 그것은 나이에 대부분의 사람들에 대 한 소설과 독립적인 걷는 경험; 화면 분할-벨트 산책의 참신에 대 한 실험 참가자 들에 게 쉽습니다. 둘째, 분할 벨트 디딜 방 아 신속 하 게 해결 되지 않는 interlimb 조정에 상당한 변화를 유도 합니다. 드 적응과 적응의 상대적으로 느린 속도 어떻게 다른 훈련 공부를 허용 개입 천장에 접근 하지 않고 이러한 속도 변경할 수 있습니다. 세 번째, 운동학8,10, 키네틱11,12,,1314, 시6,15,16 , 그리고 지 각7,17,,1819 수정 분할 벨트 디딜 방 아 적응에서 발생 하는이 작업20의 신경 제어는 잘 공부 되었습니다 ,,2122. 즉, 분할 벨트 디딜 방 아를 각 색 한 문서화 고이 잘 성격을 나타낸 운동 학습 작업을 만드는 여러 가지 다른 그룹에 의해 복제 되었습니다.

지난 10 년 동안 여러 연구 분할 벨트 적응의 작업 및 상황에 맞는 특성을 증명 하고있다. 효과 다음 분할 벨트 적응 훈련 조건에서 다른 조건 하에서 테스트 하는 경우 진폭에서 크게 감소 된다. 예를 들어 효과 작은 사람이 다른 환경 (예를 들어, 지상23걷는 동안)로 이동 하는 경우, (예를 들어, 뒤로 걷기 또는13, 를 실행 다른 운동 작업을 수행 24), 또는 심지어 적응25동안 느린 벨트의 속도에서 다른 속도로 산책. 노력을 운전 적응의 일반화를 경 세 하는 매개 변수를 설정 하는 진행입니다.

이 문서의 목적은 인간의 운동 적응 및 다른 걷는 컨텍스트 (즉, 다른 걷는 속도 환경)에 적용할된 패턴의 일반화를 조사 하기 위해 분할 벨트 디딜 방 아를 사용 하기 위한 프로토콜을 설명 하기 위해. 프로토콜 설명 하면서 여기는 대부분 직접 Hamzey 외 에 사용에서 파생 25 (그림 1a),이 프로토콜 앞8,,2324,26, 연구의 숫자에 의해 통보 했다 주목 해야 한다 27,28. 메서드는 걷는 속도 디딜 방 아 사이 및 지상 환경에 있는 불변성을 유지 개선 하는 것이 다른 환경25걸어가는 분할-벨트의 일반화 한 가설 테스트를 원래 개발 되었다. 프로토콜 섹션 아래에서 우리는 어떻게 특정 프로토콜 단계를 수정할 수 있습니다 다른 방법으로 표시 하는 노트와 디딜 방 아 벨트 split 메서드의이 버전을 복제 하는 방법에 대 한 지침을 준다.

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Protocol

모든 절차 스토 니 브 룩 대학에서 기관 검토 위원회에 의해 승인 되었습니다.

1. 실험 설정

참고: 분할 벨트 디딜 방 아 실험에 사용 되는 일반적인 용어의 정의 대 한 보충 파일 1-정의를 참조 하십시오.

분할-벨트 디딜 방 아와 이전 경험에 대 한
  1. 화면 모든 참가자.
    참고: 사람들이 표시 되었습니다 그것에 이전 노출에 따라 분할 벨트 디딜 방 아에 더 빨리 readapt 29 , 30. 어떤 사람들 날짜 표시줄 " 잊지 " 분할 벨트 디딜 방 아 현재 알려져 있지 않다; 따라서, 분할 벨트 디딜 방 아와 사전 경험 제어 되지 않는 경우 혼란 변수가 있을 수 있습니다.
  2. 조용한 환경에서 모든 테스트를 수행 하 고 시험장에 활동 최소화.
  3. 세트 분할 벨트 디딜 방 아에와 이상에 기록 움직임 추적 시스템 (시스템 지침)에 따라 모션을 지상 보도.
    참고: 예를 들어 현재 프로토콜 모션 활성 LED 마커 추적 시스템 사용. 4 삼각대 마운트 센서 단위 2 단위 양쪽 (오른쪽과 왼쪽에 디딜 방 아의)와 지상 보도 통해 7 m의 양쪽에 두에 활성 마커의 3 차원 위치 감지.
  4. 모션 추적 마커, 전도 등으로 참가자를 옷.
  5. 고려 contralateral 벨트를 건너에서 다리를 방지 하기 위해 분할 벨트 디딜 방 아의 2 개의 벨트 사이 파티션을 포함 하 여. 이 파티션은 신경학 그대로 성인에 대 한 엄격 하 게 필요 하지 않습니다 하지만 테스트 또는 임상 인구에 대 한 도움이 될 수 있습니다. 참고 분할 가능성이 존재 단계 폭; 증가 그러나,는 분할 벨트 적응에 영향을 하는 정도 알.
  6. 안전 장치에 설치 디딜 방 아 디딜 방 아 산책 하는 동안 떨어지는에서 참가자를 보호 하기 위해.
    참고: 마구 이것이 연구 질문의 일부 않는 한 몸 무게를 지원 해야 하지. 디딜 방 아 산책 하는 동안 떨어지는 것은 상당히 드문, 하지만 많은 연구 윤리 보드 필요 안전 하네스 사용.
  7. 유지 일관성 팔에서 운동 실험 패러다임 및 참가자에 걸쳐. 고려 팔 운동 (예를 들어, 난 간, 자연스럽 게 팔을 스윙을 들고)의 유형에 결정 하는 경우 어떤 주제 그룹에 대 한 편안 하 게 될 것입니다 여부 전형적인 팔 스윙 모션에 사용 되는 중요 한 마커의 표시 모호한 것 포착 ( 예를 들어, 표시자에 대 한 배치는 엉덩이에).
    1. 팔 운동에 지시 하는 시작 하 고 안전에 대 한 디딜 방 아를 중지 하는 동안 손잡이 잡고 모든 참가자.
  8. 실험 패러다임 경사에 일관성 유지.
    참고: 우리의 지식, 현재 하나를 포함 하 여 모든 게시 된 분할 벨트 디딜 방 아 프로토콜 사용 제로 경사 디딜 방 아에 대 한 그리고 지상 산책.

2. 초기 계획 기간

참고: 기준선의 목적은 어떤 정상적인 걷는 조정 각 사람에 대 한 설정. 초기 조정 효과 테스트는 모든 조건에서 시험 되어야 한다. 예를 들어 현재 프로토콜 효과 동안 디딜 방 아 및 다른 속도 (0.7와 1.4 m/s)에 산책 하는 지상에 시험 되었다. 따라서, 0.7에서 지상 및 디딜 방 아 시험에 기준선과 1.4 m/s 포함 되었습니다. 이 같은 속도와 컨텍스트 기준 도보 조정 후 효과의 직접 비교 가능 그라운드 베이스 라인을 걷는 동안 재판 제거 될 수 있습니다 때 실험 목표 지상 걷는 동안에 일반화를 포함 하지 않습니다.

    • 에 대 한 지상 기준선 시험, 위에 지시 참가자가 걸어 지상 보도에 모션 캡처 데이터를 수집할 수 있습니다. 10 보 폭 사이클 지상 산책에 기준선을 설정 하는 최소를 수집 합니다.
      1. 모션 캡처 시스템 경우만 허용 제한 된 공간 내에서 모션 캡처에 대 한 모션 캡처 공간을 통해 (예를 들어, 재판) 여러 패스를 수행 하는 참가자는. 각 시험의 끝에, 장소에 차례를 중지, 참가자를 지시 및 연구원에 대 한 준비 ' 다음 재판 하려면 s 큐.
      2. 각 재판에 대 한 확인 적어도 두 다리 주기 성과 보 폭 주기를 포함 하 여 아닙니다 모션 캡처 공간 내에서 수행 됩니다.
        참고:이 초기와 최종 보 폭 주기에서에서 삭제 됩니다 분석은 가속/감속 진보 하지 정상 산책.
      3. 여러 (일반적으로 10) 이상 수행 하는 참가자가 지상 재판을 걸어.
        1. 특정 속도 원하는 경우는 참가자 도보 (공동-벨트)에 디딜 방 아에 그 속도에서 작업/그녀를. 다음, 그/그녀는 디딜 방 아에 마찬가지로 같은 속도로 걸어 참가자 지시 산책로, 다시 이동 하 고 지상 걷기에 참가자의 각 시험 기간 동안 시간. 25 필요한 경우 각 재판 최대 또는 느린 다운 속도 사이 구두 피드백을 제공.
    1. 디딜 방 아 기준선 시험 지시 1-5 분에 대 한 묶인 벨트에 걸어 참가자
      참고:이 단일 기준 재판을 구성합니다. 디딜 방 아 산책으로 참가자를 잘 알고 하지 경우이 기간 사람이 편안 하 게 작업 될 수 있도록 하 길어 수 있습니다. 효과 시험 될 것 이다, 동일한 속도에서 사전 및 사후 적응 걸음 걸이 조정의 비교를 허용 하는 속도를
      1. 일치 기준의 속도 실험.
        참고: 다른 연결 벨트 속도에서 여러 초기 시험 (즉, 1-5 분 블록) 해야; 예를 들어 현재 프로토콜에서 0.7 m/s 및 1.4 m/s의 묶인 벨트 속도에서 기준선 시험 수집 했다 때문에 그 효과 평가 하는 데 사용 하는 속도.

    3. 적응 기간

    참고: 참가자 약 분할 벨트에 걸을 다는 것을 지시할 수 필요가 없습니다. 현재 하나를 포함 하 여 많은 실험에서 참가자 라고 하지 않습니다 여부 벨트 묶인-또는 분할-; 그들은 단순히 디딜 방 아 시작 되거나 중지 될 때 말입니다. 그러면 걷는 환경에서 예기치 않은 변경의 효과 측정 하는 실험.

    1. 참가자 고정 디딜 방 아 벨트에 서 있는 동안 분할 벨트 디딜 방 아 한 벨트 다른 것 보다 더 빨리 실행 시작 하 고 적어도 7 분 도보 참가자를 허용 (10-15 분은 더 일반적인).
      1. 보고 똑바로, 참가자를 지시 하지 그들의 발에 아래로.
      2. 다른 (예를 들어, 2-3 배 차이 벨트 속도) 보다 빠르게 한 벨트 속도 설정.
        참고: 높은 속도 비율 지난 8 , 31에서 사용 되었습니다. 현재 프로토콜은 2:1 비율에 대 한 0.7:1.4 m/s를 사용합니다.
        1. 어느 다리 느린 벨트에 의해 구동 됩니다 무작위 또는 일관 되 게 느린 벨트에 의해 구동 다리 한 다리 (지배 또는 비 지배적인) 선택.
        2. 벨트 속도 미분 점차적으로 도입 될 수 있습니다 (빠른 벨트 속도가 점차적으로 증가 또는 느린 벨트 속도 incre정신적으로 몇 분 동안 감소) 또는 갑자기 (중지 된 위치에서 벨트를 가속 대상 속도 초 이내).
          참고: 분할 벨트 소개 하는 방법은 영향을 미칠 수 어떻게 개인 적응, 얼마나 잘 그들은 서로 다른 도보 환경에 적응된 패턴을 전송 하 고 다시 그들은 분할 벨트 24 h 나중 27 , 얼마나 잘 적응 32. 현재, 대부분 분할 벨트 워킹 프로토콜 (를 포함 하 여 현재) 갑자기 분할 벨트 소개.
        3. 그것 휴식 필요 (예를 들어, 어린 아이, 노인, 또는 한정 된 기동성을 가진 개인에 대 한), 될 것으로 예상 되는 경우 미리 정해진된 휴식 프로토콜에 대 한 추가 모든 참가자. 이러한 휴식의 길이 일치; 인지 확인 예기치 못한 휴식 기록 되어야 하 고 초과,이 분석 33에서 고려해 야 할 요인이 될 수 있습니다.

    4. 재판을 잡을

    참고: Catch 재판 디딜 방 아 (묶인 벨트)에 수행 하 고 간단히 참가자를 테스트 하는 데 사용 됩니다 ' 지금까지 그들이 얼마나 적응을 나타내는 프로토콜에에서 s 효과. 잡기 재판은 짧은 (보통 < 20 s) 연결 벨트 벨트 split 적응 기간 동안 효과의 개발을 신속 하 게 평가를 걷는 기간.

    1. 번 참가자는 완전히 분할-벨트 (최소 7 분 분할 벨트 산책)에 맞게, 간단히 벨트를 중지 하 고 동일한 속도로 실행 하는 두 벨트와 디딜 방 아를 다시 시작. 효과 큰 것 여기 분할 벨트 적응 28 동안 느린 벨트로 동일한 속도에 디딜 방 아를 시작 하 여 catch 시도 수행 합니다.
      1. 0.7:1.4 m/s, 분할 벨트 적응 다음 후 효과 진폭을 극대화 하기 위해 0.7 m에서 캐치 재판 수행/미
    2. 드 적응, 완화 캐치 재판 종료 (즉, 디딜 방 아를 중지) 일단 참가자는 원하는에 약 5 진보를 촬영 하고있다 잡을 시험 속도 (~ 10-15 s).
    3. 캐치 실험에서 효과 평가 하기 위해 여러 다른 걷는 속도 (또는 컨텍스트, 예를 들어, 전달 및 뒤로 걷는 24에서 다른 변경)에서 수행, 다시에 적어도 2 분 동안 참가자를 적응 각 사이 분할 벨트 잡아 재판.
      참고: 캐치 실험의 순서는 무작위 25 이어야 한다 또는 첫 번째 catch 재판 반복 스위칭 후 효과 크기에 체계적인 감소 했는지 확인 하는 적응 기간의 끝의 가까이 다시 테스트 해야 연결 벨트 (잡을 재판) 사이 분할-벨트 (다시 적응) 28.
    4. 마지막 다음 재판을 잡아, 디딜 방 아를 중지 하 고 분할 벨트 (적응-동일한 구성 단계 3.1.2 참조) 다시 적응 참가자 수 있도록 2-5 분 동안 그것을 다시 시작.

    5. 포스트 적응-효과 동안에 지상 산책 테스트

    참고:이 단계는 선택 사항이 며 실험의 목표에 따라 달라 집니다. 현재 프로토콜에서 목표 지상 걷는 동안 일반화 하의 평가 포함, 따라서 지상 테스트를 통해 후 적응 기간 포함 했다.

    1. 디딜 방 아를 중지 하 고 참가자 이상 전송 기록 영역에 도달 하기 전에 등록 단계에서 참가자를 방지 하는 휠체어를 사용 하 여 지상 보도.
    2. 지시 단계 2.1 에서처럼 오버 그라운드 산책로 따라 걸어 참가자.
      1. 특정 걷는 속도 원하는 경우 걷는 속도 25 초기 복제 개인 지시.
      2. 완전히 세척 아웃 그래서 효과 산책 하는 지상에 있는 지상 보도에 6 m에 10-15 걷는 패스를 수행 하는 참가자는 사람들이 그들의 초기 조정에 반환
        참고:이 충분 한 26 , 27 및 금액 표시 되었습니다 약 30 27 진보. 지상 산책 하는 동안은 지속적으로 기록 하는 경우 (예를 들어, 여러 패스 찍힌다 기록 영역을 통해),으로 참가자, 장소에서 회전 각 지상 재판, 걷는 동안에 사이 분석 하지 되는 몇 가지 단계가 있을 것입니다 그리고 다른 방향으로 걷기 시작 합니다. 실험 설정 지상 산책을 통해 지속적인 기록에 대 한 허용 하지 않으면 접지 후 적응 (OG PA) 시험 동안에 드 적응의 비율 신중 하 게 해석 되어야 합니다.

    6. 포스트 적응-효과 동안 디딜 방 아 산책 테스트

    참고: 5 단계에서이 단계는 선택 사항이 며 연구 목적에 따라 달라 집니다. 및 PA 기간 포함 되어 있었다면, 후속 디딜 방 아 후 적응 기간 후 접지 효과에 디딜 방 아 후 효과의 존재에 대 한 테스트 되었습니다 세탁 아웃 23 , 26 , 27. 디딜 방 아 후 효과 평가 하 디딜 방 아 후 적응 기간을 사용할 수 없습니다 및 PA 기간 있었다면 (후 적응의 첫 번째 1-5 진보) 또는 디딜 방 아 드 적응 속도 22 , 29 , 34.

    1. 적응 기간의 끝 없는 OG PA 있었다면 짧게 디딜 방 아를 중지 하 고 다시 연결 벨트로 시작. 이상의 도보 기간 땅 있었다면, 휠체어를 사용 하 여 고정 된 디딜 방 아와 다시 연결 벨트; 시작으로 다시 참가자를 수송 휠체어는 기록 되지 않는 단계 수를 최소화 해야 합니다.
      1. 단순히 후 효과 크기를 측정, 연결 벨트는 짧은 기간 동안 걷기 기록 (예를 들어, 30 s). 드 적응의 평가, 지속적인 연결 벨트 걷기 효과의 완전 한 세척 아웃 되도록 10 분의 최소 기록.
      2. 행 세 하는 가설에 의하여 후 적응 기간 동안 묶여 벨트의 속도 설정, 최대 디딜 방 아로 효과 발생 찾을 때 묶인 벨트 속도 느린 벨트의 분할 벨트 적응 25 동안 , 28. 0.7 1.4 m/s의 분할 벨트 속도에 적응을 수행 하는 경우 0.7 m/s는 큰 효과 관찰 하기에 묶인된 벨트 속도 설정.

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    Representative Results

    처음 분할 벨트 디딜 방 아에 걷는 큰 asymmetries interlimb 조정 발생 합니다. 10-15 분 동안, 대칭이이 측정의 많은 것에서 점차적으로 복원 됩니다. 상세한 설명을 어떻게 운동학 걷는 매개 변수 변경 되었습니다 분할 벨트 디딜 방 아 적응의 과정 이상 다른 곳에서8,10출판. 이 종이 interlimb 조정의 두 가지 조치에 초점을 맞추고: 길이 및 이중 지원 기간 단계. 단계 길이 (즉, 발뒤꿈치 파업) 초기 접촉에서 앞쪽 후부 거리가 두 발 (즉, 동작 추적 측면 malleoli에 배치 하는 마커 사이의 거리)로 계산 됩니다. . 느린 벨트에 다리 닿을 때 느린 단계 길이 계산 빠른 단계 길이 빠른 다리 발뒤꿈치 파업에서 계산 됩니다. 단계 길이 주로 간주 됩니다 interlimb 조정의 공간 측정 하지만 그것 또한 걸음 걸이10의 타이밍에 있는 변화에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 이중 지원 기간은 interlimb 조정 때 두 발 땅; 접촉은 기간의 기간으로 정의의 시간 측정 느린 이중 지원 느린 다리 자세의 끝에 발생 하며 빠른 다리 터미널 입장에서 빠른 이중 지원입니다. 이중 지원 기간 주기 기간 보 폭의 백분율로 보고 됩니다. 단계 길이 및 이중 지원 기간에 대 한 각 다리에서 가져온 값 간의 차이 게 대칭 걷기의 측정 (대칭 걸음 걸이: 차이 = 0; 비대칭 걸음 걸이: 차이 ≠ 0). 산책 후 적응 기간 동안이 두 가지 통계의 절대적 가치는 통칭 "후 효과 진폭" 라고 합니다.

    그림 1 분할 벨트 디딜 방 아에 두 참가자에서 결과 실험25대표를 보여준다. 참가자 했다 젊은 성인 (< 40 세) 신경 또는 정형 외과 부상 또는 질병. 이 실험의 목적은 어떻게 서로 다른 환경에서 분할 벨트 디딜 방 아 효과의 표현에 영향을 걷는 속도 테스트 하는 것 이었다 (즉, 디딜 방 아에 걷는 고 지상 도보). 실험 시작 기준선 (0.7와 1.4 m/s)를 걷는 다른 속도로 지상 기간 디딜 방 아에 걷는 이 같은 걷는 속도 효과 실험의 뒷부분에 나오는 테스트에 사용 되었다. 두 참가자 걸어 근처 대칭 공간 (단계 길이 차이) 및 시간 (이중 지원 차이) 이러한 초기 실험 interlimb 조정.

    다음, 참가자 빠른 벨트에 그들의 지배적인 다리 분할 벨트에 걸어 (느린 벨트 속도: 0.7 m/s; 빠른 벨트 속도: 1.4 m/s). 분할-벨트는 처음 asymmetries interlimb 조정에서 유도 하지만, 여러 진보에 두 참가자에 맞게 기준선 대칭을 복원. 분할-벨트 걷는 10 분, 다음 벨트 중지 하 고 다시 후 효과 크기 (즉, catch 재판)을 결정 하는 같은 속도로 실행 하는 두 벨트와 함께 시작 했다. 이 사이 2 분 다시 적응 기간으로 시험 테스트 디딜 방 아에서 0.7 m/s 및 1.4 m/s (순서 무작위), 효과 캐치. 캐치 재판, 두 참가자 시연 효과 적응 기간의 시작 부분에서 분할 벨트 디딜 방 아에 의해 유도 된 비대칭의 방향에서 반대 asymmetries로 표현 했다. 느린 속도 (0.7 m/s)에서 테스트 효과, 빠른 속도 (1.4 m/s)에서 테스트 것 보다 더 큰 그룹에서 확인 되었다 결과 분석25,28.

    마지막 catch 재판 다음 참가자 다시 분할 벨트에 적응 하 고 휠체어 및 PA 재판에 대 한 보도에 의해 수송 되었다. 그룹 할당에 따라 그들은 느린 (0.7 m/s) 또는 고속에서 걸을 요청 했다 (1.4 m/s) 속도. 두 참가자 및 PA 재판에 효과 (걸음 걸이 asymmetries 기준에 비해)를 시연 하는 동안 이러한 효과 들, 디딜 방 아에 테스트도 않았다 나타나는 만큼 걷는 속도 의해 영향을 받을 큰 아니었다. 참가자 1 누가 다가와 서 느린 속도로 지상에서에서 효과 했다; 빠른 속도로 지상에 걸어 참가자 2에서 효과로 대략 같은 크기 이것은 너무 그룹 분석에 반영 되었다. 이 특정 실험에서 디딜 방 아 후 적응 시험 때문에 캐치 실험 테스트 디딜 방 아 후 효과 가설을 테스트 하기에 충분 하지 실시 했다. 그러나, 많은 실험을 통해 테스트 접지 효과 이후에 디딜 방 아 디딜 방 아 효과23,26테스트를 반환 합니다.

    Figure 1
    그림 1: (a) 실험 패러다임 및 단계별 구획 분할 벨트 적응 (b). (a) 실험 패러다임에 채워진된 블록 나타내는 디딜 방 아 (TM) 오픈 하면서 걷는 블록 표시-지상 (OG) 산책. 디딜 방 아 블록 사이 휴식을 디딜 방 아는 잠시 중지 되었다가 벨트 속도 다시 설정을 나타냅니다. 첨자 "S"로 표시 하는 느린 재판 0.7 m/s;에서 실시 했다 빠른 시험 ("F") 1.4 m/s에 있었다. 느린 속도 빠른 벨트 split 벨트 실험 (SB) 되었고 0.7 1.4 m/s, 각각. 10 s 연결 벨트 느린 (CS)에서 재판을 빠른 (CF) 속도 적응의 끝부분 무작위로 주문 되었다. 모든 참가자는 어떤 시점에서 그들은 무작위로 느리거나 빠른 오버 그라운드 워킹 그룹에 할당 된 실험의 사후 적응 단계에 도달할 때까지 동일한 패러다임을 경험 했다. (b) 단일 참가자 보 폭으로 보 폭 플롯 변경의 단계에서 길이 차이 (위) 및 이중 지원 차이 (아래). 참고로, 완벽 한 대칭 0에서 가로 축으로 표시 됩니다. 그에 (a)에 해당 하는 색상 코딩 합니다. -Hamzey 외 스프링 거 허가 25 . 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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    Discussion

    수많은 연구에서는 사람들이 단계 길이 및 이중 지원 기간 interlimb 조정 매개 변수에서 대칭을 복원 하기 위해 걸음 걸이 조정 분할 벨트 디딜 방 아에 적응 지금 나타났습니다. 자연 산책 조건이 복원된 다음 분할-벨트 산책, 참가자 수 있는 효과로 이어지는 적응된 걸음 걸이 패턴을 사용 하 여 배우지 않은 정상적인 걷는 조정에 반환 하기 위해 계속 합니다. 연구원은 주로이 새로운 도보 패턴을 배울 수 및 다른 워킹 환경 및 작업이이 학습을 일반화 능력 척도를 적응 속도 후 효과 진폭을 사용 합니다. 이러한 변화는 적응 속도 후 효과 진폭 올바르게 해석 키에 주의 깊은 부착 실험 설계 및 이러한 조치에 영향을 미칠 수 있는 다른 요인의 고려 사항에서 단계 필요 합니다. 다음 섹션에서 우리는 이러한 고려 사항을 강조 서로 다른 높이의 참가자에 대 한 배율 디딜 방 아 속도 토론 하 고 어떻게이 기술은 광범위 한 모터 학습 분야에 맞는 토론.

    프로토콜 내에서 중요 한 단계

    신경학 그대로 개인에 분할 벨트 적응 프로토콜을 개발 하는 때 걷는 속도 고려의 중요성을 강조 하는 대표적인 결과25,28 에서 설명 하는 작업. 그림 1에서 보듯이, 디딜 방 아 효과 그들이 느린 벨트의 속도에 일치 하는 적응25,28동안 묶인 벨트에 테스트는 큰 있습니다. 따라서, 디딜 방 아 기준 조정 및 효과 적응 하는 동안 느린 벨트와 같은 속도에서 시험 될 수 있다 그런 분할 벨트 프로토콜 설계 되어야 하는 것이 좋습니다. 조사 시작 후 효과 분석 벨트 매우 작은 속도 차이부터 그들의 최종 속도의 80%에 도달 후 (0.2 m/s) 디딜 방 아 후 효과 크기28영향을 미칠 수만 것이 좋습니다. 흥미롭게도, 지상 걷는 동안 동안 테스트 효과 걷고 속도 디딜 방 아 효과25로 구분 되지 않습니다. 따라서, 그것은 더 정확 하 게 선택 하 고 보다 젊은, 신경학 그대로 성인 지상 후 효과 실험을 통해 동안 디딜 방 아 후 효과 실험 걷는 속도 제어 하는 것이 중요.

    걷는 속도 뿐 아니라 분할 벨트 적응 실험 동안 선택 항목 및 테스트 룸에 다른 활동을 최소화 하기 위해 중요 하다. 이 권고는 모두 비 혼란 상태에 비해 적응 속도 둔화 분할 벨트 산책 하는 동안 텔레비전 프로그램을 보고 건강을 보여주는 연구 기반 젊은 (< 30 년)34 세 (> 50 년)33 성인. 프로토콜에 휴식을 통합 또한 영향을 미칠 수 적응-최근 작품 성인 50 세 이상 "잊지" 앉아 5 분 휴식 동안 적응된 패턴 분할 벨트 걷는 시험, 사이 휴식 30 세 미만 성인 할 반면 보이고 있다 33없는입니다. 나누기 분할 벨트 디딜 방 아 프로토콜 중 발생, 시간 및 기간 각 휴식의 문서화와 있어야 연구 샘플 건강 한 젊은 성인 다른 개인을 포함 하는 경우에 특히 가능성 분석, 요인으로 간주 합니다. 참가자 나누기 (예를 들어, 어린 아이 또는 피로에 취약 인구)을 필요로 할 것 이다 고 예상 하는 경우 모든 참가자35에 대 한 연구 프로토콜에 표준화 된 휴식을 통합 한다.

    수정 및 문제 해결

    걷는 속도 분할 벨트 디딜 방 아 프로토콜의 일부로 간주 될 수 있는 큰 범위를 존재 합니다. 많은 연구원은 분할 벨트 속도 (예를 들어, 2:1, 3:1, 4: 1의 차이)에 대 한 정수 비율에 대 한 선택, 하는 동안 아무 이유도 왜 다른 비율 수 없습니다 사용 (예를 들어, 양 외 에서 31). 또한, 현재 프로토콜 사용 하 여 동일한 디딜 방 아 모든 사람을 위한 속도 동안 (모든 성인, 다른 그룹에 임의로 할당 된), 디딜 방 아 속도 테스트 중인 사람의 크기를 조정 해야 할 수 있습니다. 예를 들어 Vasudevan 외 에 35를 분할 벨트 적응 사람들 3-40 년;에서 나이에 이르기까지 걸쳐 비교 했다 명확 하 게이 예제에서 다리 길이에 큰 차이가 있었다. 이 대 한 계정에 속도 디딜 방 아 다리 길이 따라 수평. 다리 길이 1.0 m, 분할 벨트 디딜 방 아 속도 1.0:2.0 m/s로 설정 했다. 다리 길이 0.35 m, 분할 벨트 디딜 방 아 속도 0.35:0.7 m/s로 설정 했다. 이 이렇게 모든 참가자의 관리 했다 분할 벨트 속도에 이르렀고 초기 비대칭 분할 벨트에 의해 유도 된 시대 그룹 비교 했다. 이 문서 출판 되었음 이후 우리 그룹도 사용 Froude 수36 서로 다른 높이37의 참가자 전체 디딜 방 아 속도 정상화. Froude 수 사람들의 다른 다리 길이 다른 로드 조건에서 걷는 진 자 같은 움직임을 정상화 하는 데 사용 하는 크기가 없는 매개 변수입니다. 이 관계 규정 속도 걷기는 다리 길이의 제곱근에 비례 한다. 따라서, 더 나은 방법 미래에 있을 수 있습니다 다리 길이 제곱근 하지 절대 다리 길이와 속도를. 절대 디딜 방 아 속도 프로토콜 분할 벨트 디딜 방 아에에서는 다양 한 수 있습니다, 하는 동안 참가자에 걸쳐 일관 된 분할 벨트 속도 비율을 유지 하는 것이 좋습니다.

    지금까지이 토론에서 세 가지 요소 분할 벨트 실험 설계에 주요 고려 사항으로 강조 했다: 걷는 속도, 주의 및 휴식. 그러나,이 완전 한 목록이 아니다. 수많은 가능한 프로토콜 수정, 일부는 이미 적응 및 효과, 추가 또는 감각 자극26,38,39의 부족을 포함 하 여 영향을 보여줘 왔다 있다 ,40, 적응34,41동안 분할 벨트 재판27, 연습 구조29, 그리고 제공 의견의 시작 부분에 디딜 방 아 벨트의 가속의 속도. 분할-벨트 걷고 다음 효과 매우 강력 하 고 수많은 연구 (예: 8,,2425,26,27, 복제 28,29 , 35).이 프로토콜 강력한 효과 귀착되 지 않는다, 가능한 원인 포함 소 뇌 손상 또는 미 숙21,,3542, 부적절 한 적응 속도 비율, 또는의 부적절 한 선택 연결 벨트 속도 (토론 섹션 (a) 및 25,28참조) 효과 테스트 하.

    이 기술의 한계

    그것은 분할 벨트 디딜 방 아 운동 학습의 한 종류를 수행 하는 능력을 평가 하는 것이 중요입니다. 특히, 그것은 운동 적응, 마틴 그 외 의 용어를 사용 하 여 정의 평가 잘 배운된 운동 (예:산책) 컨텍스트 또는 환경 (예를 들어, 분할 벨트 디딜 방 아) perturbing 소설에 대 한 응답에서 수정의 점진적, 평가판 및 오류 과정으로 9 . 즉, 운동 적응 학습, 모터 기술에의 한 구성 요소로 간주 될 수 있습니다 하지만 또한 새로운 운동 학습에 대 한 많은 다른 메커니즘이 있습니다.

    마찬가지로, 여러 가지가 보 행 운동학8,10, 속도 론11,12,13,14의 평가 포함 하 여 운동 적응 척도를 , 전도6,,1516, 그리고 걸음 걸이 불균형7,17,,1819의 인식. 이러한 조치는 Hamzey 외 에 우리의 연구 질문에 가장 구체적으로 해결 되었으며 위의 프로토콜 단계 길이 및 이중 지원 시간으로 제한 됩니다. 단계별 기준 운동 적응의 공간 및 시간 일반화에 대하여 25 . 운동 적응의 각 측정에 대 한 포괄적인 논의이 문서의 범위를 넘어, 존재 하는 다양 한 대체 분할 벨트 디딜 방 아 프로토콜 및 결과 조치, 각각의 독특한 가설을 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다.

    분할-벨트 디딜 방 아의 또 다른 한계는 걸음 걸이 적응 (예를 들어, 단계 길이)의 많은 일반적으로 사용 되 측정 개별 시간 포인트 (예를 들면, 발뒤꿈치 파업)에서 캡처됩니다. 그러나, 걷고는 지속적인 운동 이며 적응 산책 하는 동안 발생 하는 지속적인 프로세스입니다. 측정 적응의 많은 방법을 따라서 개별 시간 포인트 아래로 연속 과정을 줄일. 이 적응의 시간 코스는 주요 변수 전산 모델링에 문제가 있을 수 있습니다 (적응 데이터의 전산 모델링에 대 한 자세한 세부 사항에 대 한 토론 섹션 (e) 참조).

    기존/대체 방법에 관하여 기술의 중요성

    그러나이 연구 운동 적응 하 고 학습 하는 유일한 방법 (예를 들어, 또한 참조 43,44,45,,4647, 48,,4950), 분할 벨트 디딜 방 아 패러다임은 많은 장점. 첫째, 분할 벨트 디딜 방 아 대부분의 사람들에 대 한 소설 이며 화면 분할-벨트 디딜 방 아의 과거의 경험에 대 한 사람에 게 쉽습니다. 그러면 다리, 배신, 가중치와 달리 정말 소설 섭 동에 적응의 연구 또는 장애물을 통해 스테핑는 가장 성숙 하 고, 지상파, 다리가 있는 동물 전에 경험 했다. 둘째, 지침, 그래서 아주 어린 아이 들31,,3542 을 요구 하 고 사람들이 제한 된 자발적인 모터 제어 (예를 들어, 뇌졸중 이나 뇌 손상 후)23, 51 , 52 여전히이 작업을 수행할 수 있습니다. 사실, 스트로크에 따라 비대칭 걸음 걸이 가진 사람들 조정 다음53훈련 반복된 분할 벨트 디딜 방 아 산책에 경험 장기 혜택을 수 있습니다. 요약, 분할 벨트 디딜 방 아 운동 적응 다른 운전 경험, 많은 다양 한 인구에서 공부 하는 강력한 기술 제공 하 고 심지어 일부 치료 혜택의 가능성을 제공 합니다.

    미래의 응용 프로그램 또는이 기술을 습득 후 방향

    프로토콜 섹션에서 발생 한 몇 가지 포인트를 포함 하 여 분할-벨트 디딜 방 아 적응에 영향을 주는 요인에 대 한 해결 되지 않은 남아 있는 많은 질문이 있다. 예를 들어 팔 운동 (예를 들어, 자연스럽 게 스윙 팔 대 바에 개최)의 종류의 효과 운동 적응에 다리 지배의 효과 조사 하지 않은 아직 되어 철저 하 게 (비록 54참조). 또한, 전산 작업의 성장 몸은 운동 적응10,55,,5657의 프로세스를 모델링을 시작 하는 동안 조회의이 분야는 아직도 저 개발 전산에 비해 위 사지 또는 눈 운동 (즉, saccade) 적응의 모델링. 이 차이가 두 사지, 여러 관절와 종사 하는 자세 제어 및 안정성에 관련 된 다른 시스템 이기 때문에 도달 하거나 눈 saccades, 보다 더 복잡 한 운동 되 고 걷고 부분적으로 이다. 걸어 데이터 모델링의 증가 어려움 산책 지속적인 움직임 도달 하는 반면 이며 saccades는 개별 움직임 그 사실 때문 이기도 합니다. 첫 번째 범위 또는 블록 적응에에서 눈 움직임 나타내는 작업의 변경 된 sensorimotor 매개 변수를 참가자의 초기 반응입니다. 대조적으로, 적응을 걷기 위한 첫 번째 데이터 요소는 디딜 방 아의 대상 속도의 80%에 도달 했습니다 한 번만 얻어진 다. 디딜 방 아, 속도 있지만 다리 모여있다는 벨트의 상대 속도 대 한 정보 데이터 수집을 시작 하기 전에. 따라서, 첫 번째 데이터 요소는 도보 적응에 기록 때 사람이 이미 취득 했다 적응 작업에 대 한 정보. 얼마나 빨리 사람들이이 정보에 걸음 걸이 조화를 조정할 수 있습니다에 따라 적응 프로세스 analyzable 첫걸음 전에 발생 될 수 있습니다. 이 경우 분할-벨트 반복된 노출29 와 다른 참가자 그룹52, 출발점이 아니다 항상 동일 하기 때문에 모델링 과정에 어려움을 추가에서 변경 하려면 첫 번째 반응 합니다. 그럼에도 불구 하 고, 몇 가지 매우 흥미로운 계산 작업 등장 하기 시작 했다클래스 sup "외부 참조" = > 10,55,,5657, 가능성이 필드 풍부 하 고 사람들이 것에 어떻게 응답 분할 벨트 디딜 방 아 프로토콜의 다른 유사 콘텐츠 미래에 대해 예측을 생성.

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    Disclosures

    저자는 공개 없다.

    Acknowledgments

    이 미국 심장 협회 과학자 개발 그랜트 (#12SDG12200001) E. Vasudevan에 의해 자금 하고있다. R. Hamzey의 현재 소속은 기계 공학과, 보스톤 대학, 보스톤, MA, 미국. E. 커크의 현재 제휴는 물리 치료의 MGH 보건 연구소 이다.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Split-belt treadmill Woodway
    Codamotion CX1 Charmwood Dynamics, Ltd, Leicestershire, UK

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    인간의 운동 적응의 일반화를 평가 하는 분할 벨트 디딜 방 아를 사용 하 여
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    Vasudevan, E. V. L., Hamzey, R. J., Kirk, E. M. Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation. J. Vis. Exp. (126), e55424, doi:10.3791/55424 (2017).

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