Summary
異なる速度で各脚をドライブすることができます 2 つのベルトを持っている分割ベルト トレッドミルを用いた人間の運動適応の調査のためのプロトコルについて述べる。具体的には異なった歩行文脈 (例えば、歩行速度、歩行空間) に適応歩行パターンの一般化をテストするように設計パラダイムに着目します。
Abstract
メカニズムを理解運動の基礎となる学習支援研究者、臨床医が歩行運動リハビリの一環として訓練を最適化します。しかし、人間の運動学習を勉強して挑戦することができます。乳児期と幼年期の間に神経筋システム、かなり、成熟と運動学習開発の初期段階中に、成人のように同じメカニズムによって決まることが考えにくい。時間人間が成熟に達する、 de novoの運動学習を勉強する十分な新規性タスクを思い付くことは困難である歩行時とても熟達しています。異なる速度で各脚をドライブすることができます 2 つのベルトを持っている分割ベルト トレッドミルにより両の短い (すなわち、即時) 研究と長期的な (すなわち、分日間; 運動学習の一形態) への応答の変更を歩行、歩行環境の特異な変化。個人はことができますようにすべての実験参加者がない分割のトレッドミルに前の露出のためは上映簡単に (または同等) 経験。本稿では、運動学習と他の歩行のコンテキストにこの学習の一般化を数値化する試験法が組み込まれた典型的な分割 - トレッドミル適応プロトコルについて説明します。分割 - トレッドミルを設計するための重要な考慮事項の議論は実験トレッドミル ベルト速度、休憩時間とディス トラクターのような要因を含む、次のようです。また、流ですが潜在的な交絡変数 (例えば腕の動きの経験) の議論で考慮されます。
Introduction
分割トレッドミルは、または別の方向に異なる速度で各脚をドライブすることができます 2 つのベルトです。このデバイスは、1を歩行時足 (すなわち、すくみ調整) 間の調整を研究するツールとして 45 年以上を初めて使われました。これと他の初期の研究は、主として実験モデル1,2,3猫を使用されます昆虫も、勉強4。人間の幼児と大人で分割ベルト運動の最初の調査は、1987 年と 1994 年に、それぞれ5,6に掲載されました。人間と人間以外の動物にこれらの初期の研究はほとんど足が異なる速度で駆動される場合、安定性と転送の進行を維持するために肢の調整で短期的な (すなわち、即時) 調整を行った1995 年調査は、分割ベルト歩行が長く (数分) にそれぞれの側に速度を均等化するため正確にトレッドミル ベルト速度を感知し、調整を行う人間の大人の能力が損なわれることを指摘しました。これは歩行の感覚のマッピングが再調整7をされていたことを示唆します。しかし、最初分割ベルト トレッドミル歩行の 10 分以上の人間の運動適応の運動報告の詳細 2005 年公開された8までだった。
運動適応は、新しい、予測可能な需要9への応答で、良く学んだ動きの感覚マッピングを調整中に誤り駆動型のプロセスを指します。それは拡張の練習期間 (時間分) を介した運動学習の形態と効果は、需要が削除されたときの運動パターンの変化および/または条件の後で結果を正常に返します。たとえば、最初分割ベルトの上を歩いてぐったりに似た非対称のすくみ調整で歩く人々 になります。分割ベルト歩いて数分以上の歩行より対称になるように、彼らの歩行の調整をしつらえます。2 つのベルトはその後同じ速度 (すなわち縛らしベルト) に戻る、従って通常の歩行状態を復元人は非対称コーディネートとウォーキングで後遺症を示しています。これらの後遺症積極的に解除適応する必要があります。 または関連付けられてベルト歩行正常歩行調整が復元された8前に数分以上無学します。
2005 リースマンらに続く8分割ベルト人間の歩行の運動解析、研究発表で分割トレッドミルの使用は約以前の 10 年間に比べて 10 倍増加しました。分割のトレッドミルはより実験的なツールとして人気になっている理由分割ベルト歩行は明らかに研究所タスク-最も近いリアルなアナログを回すやタイトなサークルでウォーキングしますが、分割トレッドミルは片足走らなくて 2-4 回は他よりも高速で回転のより極端なバージョンを誘導します。分割のトレッドミルは、非常に珍しい歩行作業運動学習を勉強するためのいくつかの利点を提供しています事実。最初に、それは年齢に関係なくほとんどの人にとって新しい経験を歩いてから独立しています。画面分割ベルト歩行の目新しさの実験参加者に簡単です。第二に、分割のトレッドミルは、迅速に解決されていない肢の調整でかなりの変化を誘導します。解消の適応と適応の比較的遅い速度は私たちにどのように異なるトレーニングを勉強を許可介入は天井を接近することがなくこれらのレートを変更できます。第三に、キネマティック8,10、キネティック11,12,13,14, 筋電図学的6,15,16、タスク20 のニューラル制御があり、分割トレッドミル適応で発生する知覚7,17,18,19変更はよく研究されていると ,21,22。つまり、分割のトレッドミルに適応済みの文書化これによ特徴付けられた運動学習課題を作るいくつかの異なるグループによってレプリケートされます。
過去 10 年間、いくつかの研究は、分割ベルト適応のタスク、コンテキストに固有の性質を実証しています。トレーニング条件違う条件で試練を受ける場合振幅分割ベルト順応効果が大幅に削減します。たとえば、後遺症が小さい人はさまざまな環境 (例えば、23を歩く地面の上) に移動した場合、(例えば、後方歩行や13,を実行している別の運動タスクを実行24) または適応25の間に、遅いベルトの速度からも異なる速度で歩きます。運動適応の一般化を支配するパラメーターを確立する努力を行っております。
本稿の目的は、分割のトレッドミルを使用して人間の運動適応と他の歩行のコンテキスト (すなわち、歩行速度が異なる、環境) に適応パターンの一般化を調査するためのプロトコルを説明します。ここではほとんど記述されているプロトコル中 Hamzeyらで使用から直接派生25 (図 1、)、このプロトコルがそれに8,23,24,26,を先行研究の数によって知らされたことに注意してください27,28。メソッドは、歩行速度、トレッドミルの間と地盤環境の恒常性を維持すること分割ベルトを横切ってこれら異なる環境25の一般化を高める仮説をテストするのには元々 開発されました。以下のプロトコル セクションで、別の方法の目的のために特定のプロトコルの手順を変更ことがある方法を示すノートを分割 - トレッドミル メソッドのこのバージョンをレプリケートする方法の指示を与える.
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Protocol
すべてのプロシージャは、ストーニブ ルック大学制度審査委員会によって承認されている
。1 実験の設定
注: 分割トレッドミル実験で使用される一般的な用語の定義 - 定義と補足ファイル 1 を参照してください。
。 分割のトレッドミルでの経験の- 画面すべて参加者
。 注: 人々 がそれへの前の露出に続く分割トレッドミルを高速に再適応させるため示されている 29 , 30。人々 上タイム スケール " を忘れて " 分割トレッドミルは現在知られていない;したがって、分割のトレッドミルの使用経験があります交絡変数が制御されていない場合 。
- 静かな環境ですべてのテストを行い、テストの部屋内のアクティビティを最小限にします 。
- セット分割トレッドミルとした上で、動きを記録する (システムに従って) システムを追跡運動を地上通路
。 注: たとえば、現在のプロトコルはアクティブ LED マーカーと追跡システム モーションを使用しました。4 つの三脚に取り付けられたセンサー ユニット検出された 2 つのユニットを配置していずれかの側 (右とトレッドミルの左) と地上通路で 7 m のどちら側でも 2 つのアクティブ マーカーの 3次元位置 。
- モーショントラッ キング マーカー、筋電図 など と参加者を衣装します 。
- 対側のベルトにクロス オーバーから足を防ぐためにトレッドミル分割の 2 本のベルトの間にパーティションを含む検討。このパーティションは、神経学的にそのまま大人のため厳密に必要はありませんが、子供や臨床集団テストの役に立つかもしれません。可能性が高いパーティションの存在がステップ幅を増加することに注意してください。しかし、これは分割ベルト適応に影響する範囲は不明 。
- は、トレッドミル歩行時の落下から参加者を保護するためにトレッドミル上の安全ハーネスを設定します
。 注: これが研究の質問の一部でない限り、ハーネス、体重をサポートしません。トレッドミル歩行時の落下は極めてまれですが、多くの研究倫理ボード必要安全ハーネス使用します 。
- アームで一貫性を維持運動実験パラダイムと参加者全体で。キャプチャの対象グループの快適でしょうし、典型的な腕の振りがモーションに使用される重要なマーカーの表示を隠すかどうかは、((例えば 腕を振り回したり、手すりを保持)、腕の動きの種類を決定する際例えば 腰に配置されたマーカーのため)。
- 腕の動きに関係なく開始および安全のためのトレッドミルを停止しながら手すりを保持するためにすべての参加者に指示します 。
- 実験パラダイムにおける傾斜で一貫性を維持します
。 注: 私たちの知る限り、現在の 1 つを含む、すべての公開された分割トレッドミル プロトコルを使用しているゼロ傾斜トレッドミルと地面を歩いて上 。
2。基準期間
注: 基準期間の目的何通常歩行の調整は、それぞれの人を確立することです。ベースライン調整後の効果がテストされるすべての条件でテストしてください。たとえば、現在のプロトコルの後遺症をトレッドミル時と異なる速度 (0.7 と 1.4 m/s) で歩く地面の上テストされました。したがって、0.7 で地面とトレッドミル試験を巡るベースライン、1.4 m/s は、含まれていた。これにより同じ速度とコンテキストでベースライン ウォーキング調整後効果を直接比較できます。ベースラインを歩く地面に実験の目的は地上を歩いて上に一般化を含まれていない場合試験は排除できます
。- の地上基準試験を巡るモーション キャプチャ データを集めることができる通路の地面の上を歩く参加者に指示します。地面を歩く上、ベースラインを確立する 10 のストライド サイクルの最小値を収集します。
- 場合は、モーション キャプチャ システムのみにより、限られたスペース内でのモーション キャプチャのためモーション キャプチャ空間を複数のパス (例えば 試験) を行う参加者があります。各試行の終わりを停止する、参加者に指示する場所し、研究者の準備 ' 次の試行を開始する s キュー 。
- それぞれのトライアルの最初と最後のストライド サイクルを含まない、モーション キャプチャ領域内で少なくとも 2 つのストライドのサイクルが実行されることを確認します
。 注: これらの最初と最後のストライドのサイクルから破棄されます解析加速/減速の進歩は、定常状態ではなくウォーキングします 。
- がいくつか (通常 10) 以上を行う参加者を持っている地上試験を歩きます。
- 特定の速度が必要な場合精通しなければならない参加者の散歩 (縛ら-ベルト) にトレッドミルの速度で/彼女はタスク。彼/彼女は、トレッドミルの上を同じ速度で歩くこと参加者に指示する、通路に戻って移動し、地面を歩いて上の各の試用期間中に参加者を時間します。 25 を必要に応じてしたり遅くに高速化する各試行の間にことばによるフィードバックを与える 。
- トレッドミル基準試験は、1-5 分に縛らベルトの上を歩く参加者に指示する
注: これは 1 つのベースライン裁判を構成します。トレッドミル歩行と参加者がおなじみでない場合は、タスクに快適になることを許可この期間を延ばされるかもしれない。- 一致基準の速度試験を後遺するテストされます、前と後の適応歩行調整と同等の速度での比較を可能にする速度にします
。 注: 関連付けられてベルト速度が異なる複数の基準試験 (すなわち 1-5 分ブロック); 必要があります。たとえば、現在のプロトコルで 0.7 m/s と 1.4 m/s で結んだベルト速度基準試験採取速度後遺症を評価するために使用されたので 。
- 一致基準の速度試験を後遺するテストされます、前と後の適応歩行調整と同等の速度での比較を可能にする速度にします
3。適応期間
注: 参加者分割ベルトで歩いていることを指示する必要はありません。現在の 1 つを含む多くの実験参加者言われないかどうかベルトになります縛ら - または分割-;単に、トレッドミルを開始または停止するときに言われます。これにより、歩行環境で予期しない変更の効果を測定する実験者
。- 参加者は静止したトレッドミル ベルトの上に立っている間他のものより速く実行している 1 つのベルトで分割トレッドミルを起動し、徒歩 7 分以上の参加者を許可 (10-15 分は多い)。
- まっすぐに見る参加者に指示自分の足でないダウンします 。
- 設定 1 つのベルト速度 (例えば 2-3 倍違いベルト速度) 他よりも高速です
。 注: より高い速度の比率は、過去 8 , 31 で使用されています。現在のプロトコルは、2:1 の比率で 0.7:1.4 m/s を使用します。- は足が遅いベルトによって駆動されるランダム化または一貫して遅いベルトによって駆動されている足と 1 本の足 (支配的または非利き手のいずれか) を選択します 。
- ベルト速度微分が徐々 に導入されることがあります (高速ベルト速度は段階的増加および/または低速ベルト速度増加。いくつかの分以上精神的減少) または突然 (停止位置からベルト ・ トゥ ・目標速度秒以内) です
。 注: 分割ベルトが導入される方法に影響個人の適応、どれだけうまく彼らは異なる歩行環境に適応パターンを転送およびどれだけうまく彼らは再分割ベルト 24 h 後に 27 , 適応 32 ほとんど分割ベルト歩行プロトコル (現在の 1 つを含む) が現在、突然分割ベルトを紹介します。 。
- それは休憩が必要な (例えば 幼児、高齢者や限られた移動性を持つ個人のため)、されることが予想される場合あらかじめ決められた休憩時間プロトコルに追加するすべての参加者のため。これらの壊れ目の長さが一貫性のあることを確認します。予期しない改を記録し、タイミング、これは解析 33 で考慮すべき要因をすることができる必要があります 。
4。トライアルをキャッチ
注: キャッチ試験トレッドミル (縛らベルト) に対して実行され、参加者を簡単にテストするために使用が ' これまで彼らが適応しているどのくらいを示すプロトコルの s 後遺。キャッチ体験版が短い (通常 < 20 s) 関連付けられてベルトが分割ベルト適応期間中に後遺症の開発をすばやく評価する歩行の期間
。- 一度、参加者は完全に分割ベルト (7 分分割ベルト歩いて最低) に適応している、簡単にベルトを停止し、同じ速度で実行している両方のベルトでトレッドミルを再起動します。キャッチ試用版を実行するには、後遺症はここで最大になるように分割ベルト適応 28 間に遅いベルトとして同じ速度でトレッドミルを開始します。
- 0.7:1.4 m/s で分割ベルト順応後の効果の振幅を最大限に 0.7 m でキャッチのトライアルを実行/秒
- 解消適応を軽減するキャッチ試用を終了 (すなわち トレッドミルを停止) 参加者が望ましい時約 5 前進してきた一度キャッチ試験速度 (~ 10-15 s).
- キャッチ試験後の効果を評価する複数の異なる歩行速度 (またはコンテキスト、例えば 転送、後方ウォーキング 24 歩行その他の変更) の実行で少なくとも 2 分参加者の再適応各間分割ベルト キャッチ トライアル
。 注: キャッチ試験の順序は無作為に選ばれた 25 をする必要がありますおよび/またはキャッチ一審は繰り返し切り替え効サイズの体系的な減少があったかどうかを決定する適応期間の終わり近くに再検査されるべきであります。縛らベルト (漁獲試験) と分割ベルト (再適応) 28 間 。
- 最後裁判をキャッチ、トレッドミルを停止および再適応する参加者を許可する 2-5 分の分割ベルト (適応と同じ構成では、手順 3.1.2 を参照) を再起動します 。
5。後遺症中上地上歩行テスト後適応
注: この手順はオプションであり、実験の目的によって異なります。この議定書は、目的は、地面を歩いて上に汎化能力の評価を含まれる、地上試験の後の適応は期間含まれていた従って
。- トレッドミルを停止し、上に参加者を転送地上遊歩道の記録領域に達する前に未収録の手順を取ってから参加者を防ぐために、車いすを使用します 。
- は、ステップ 2.1 のように、高架の通路に沿って歩く参加者に指示します。
- 特定の歩行速度が必要な場合歩行速度 25 ベースラインをレプリケートする個人に指示します 。 完全に洗浄をするので効果の後を歩く地面の上を
- が地上通路で 6 m に 10-15 歩行パスを実行参加者を持っている人々 は、彼らのベースラインの調整に戻る
注: これは十分な 26 , 27 と量を示されている約 30 の進歩 27。地面を歩くには、継続的に記録されていない場合 (例えば、いくつかのパスが記録領域を取られる)、参加者が遅く、インプレースでは、ターンとは間に裁判を歩く地面をそれぞれ分析されませんいくつかのステップがあると他の方向に歩き始めます。地面を歩く以上連続記録実験の設定を許可しない限り、地面後適応 (OG PA) 試験を巡る解消適応率は、慎重に解釈すべきです 。
6。トレッドミル歩行中に後遺症をテスト後適応
注: ステップ 5 のようにこのステップはオプションであり、研究目的に依存します。OG PA 期間含まれている場合、後続のトレッドミル後適応期間後遺症後地面効果の後にトレッドミルの存在をテスト色あせた 23 , 26 となっています。, 27 トレッドミル後遺症を評価する使用できるトレッドミル後適応期間 OG PA 期間がなかった場合 (後の適応の最初進歩 1-5) および/またはトレッドミル解消適応レート 22 、。 29 , 34
。- 適応期間の終わりに OG PA がない場合は、簡単にトレッドミルを停止し、関連付けられてベルトで再スタートします。以上地上歩行期間があった場合、車椅子を使用して、静止したトレッドミルと関連付けられてベルト; 再スタートに戻る参加者を転送するには車椅子は、記録されていない手順の数を最小限に抑えることが重要です。
単に後の効果のサイズを測定、縛らベルト短い期間の歩行記録
- (例えば 30 s)。解消適応率を評価するために結んだ帯歩き続ける後遺症の完全な洗浄を確保する 10 分の最小記録します 。
- もたらされる仮説に従って後の適応期間中に縛らベルトの速度、縛らベルト速度分割ベルト適応 25 中低速帯に一致する場合に発生する後遺症最大トレッドミルとして 、 28。適応分割ベルト 0.7、1.4 m/s の速度で実行する場合は 0.7 m/s、最大効果を観察する時結ばれたベルト速度を設定します 。
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Representative Results
肢の協調の大きな非対称性を引き起こす最初分割トレッドミルの上を歩きます。10-15 分にわたって、これらの対策の多くは対称性が徐々 に復元されます。どのように運動歩行パラメーター変更について詳しく説明他8,10を出版した分割トレッドミル適応のコースをされている以上。本稿がすくみ調整の 2 つの対策に焦点を当て: ステップの長さとダブル サポート期間。ステップ長は、最初の接触 (すなわち、ヒール ストライク) で (すなわち、モーショントラッ キングの外側果部に配置されたマーカー間の距離) の 2 つの足の前後距離として計算されます。ダウン; 遅いベルトで脚に触れたときは、遅いステップ長さを算出します。高速ステップ長は、高速の足の踵で計算されます。ステップ長主にすくみ調整の空間尺度の影響受けて歩行10のタイミングの変化によってもと見なされます。ダブル サポート期間は両方の足が地面と接触しているとき期間の長さとして定義されている肢の調整の時間測定低速のダブル サポートが遅い足姿勢の終了時に発生します、高速ダブル サポート高速足ターミナル スタンスです。ダブルのサポート期間は、ストライドの周期の割合として報告されます。ステップ長とダブル サポート期間の両方で、各脚から取得された値の違いを与える歩いて対称性の測定 (対称の歩行: 差 = 0; 非対称歩行: 違い ≠ 0)。ウォーキング後の適応の間にこれらの 2 つの指標の絶対値総称「効振幅」と呼ばれます。
結果25分割トレッドミルの 2 つの参加者から代表を図 1に示します。参加者たちが若い大人 (< 40 歳) 神経や整形外科のけがや病気。この実験の目的は歩行速度が異なる環境で分割トレッドミル後遺の表現に影響を及ぼすかをテストする (すなわちトレッドミルの上を歩くと、地面の上を歩く)。実験開始期間を歩くとトレッドミル歩行 (0.7 と 1.4 m/s) の異なる速度で地面を基準にこれらの同じ歩行速度は、実験の後半に後遺症をテストに使用されました。両方の参加者を歩いて近く対称空間 (長さ違いステップ) 時空間 (ダブル サポートの違い) これらの基準試験中にすくみ調整。
次に、参加者歩いた高速ベルトに彼らの支配的な足と分割ベルト (ベルト速度が遅い: 0.7 m/s; 高速ベルト速度: 1.4 m/s)。分割ベルト最初誘導肢協調における非対称性が、いくつかの進歩を両方の参加者は、ベースラインの対称性を復元する適応。分割ベルト歩いて 10 分以下ベルトは停止し、(すなわち、キャッチ試験) 後の効果のサイズを決定する同じ速度を実行している両方のベルトを再開始されました。これらは間に 2 分再適応期間 0.7 m/s で 1.4 m/s (無作為の順序)、トレッドミル テスト試験余波をキャッチします。キャッチの試験では、両方の参加者は、適応期間の先頭に分割トレッドミルによる非対称性の方向から反対側の非対称性として表現された後遺を示した。後遺症 (0.7 m/s) の低速の速度でテストされたスピード (1.4 m/s) でテストされたものよりも大きく、グループで確認された結果分析25,28。
最終的なキャッチ試験終了後参加者は再分割ベルトに適応し、OG PA 試験のため通路を車椅子で運ばれた、.遅い (0.7 m/s) または高速で歩くグループ割り当てによって求められた速度 (1.4 m/s)。両方の参加者は、OG PA 試験で後遺症 (歩行の非対称性がベースラインと比較して) を実証、これらの後遺がものテスト、トレッドミルにも歩行速度によってその位影響を表示したほどでした。後遺症で参加者 1 人遅い速度で地面を歩いていた後遺症のより高速な速度で地面の上を歩いて参加者 2 とほぼ同じサイズこれは、グループの分析にも映っていた。この実験では、トレッドミル後遺キャッチ試験中にテストされた仮説をテストするための十分なために、トレッドミル後適応試験は行われました。ただし、後遺症トレッドミル トレッドミル後遺23,26をテストするためにその後戻るが地盤をテスト多くの実験。
図 1: (a) 実験パラダイムとのスプリット ベルト適応 (b) ステップバイ ステップ プロットします。(a)実験パラダイムで塗りつぶされたブロックを示すトレッドミル (TM) を開いている間、歩行オーバー グラウンド (OG) 歩行ブロックを示します。トレッドミル ブロックの間の休憩は、トレッドミルが一時的に停止され、ベルト速度を再設定するには再起動を示します。0.7 m/s で下付き文字"S"で示される遅い試験を行った高速試験 ("F") は 1.4 m/s であった。低速速度と分割ベルト試験 (SB) 中高速ベルトであった 0.7 1.4 m/s。10 s 縛ら-ベルトが遅い (CS) で試験をキャッチし、高速 (F) 速度は適応の終わり近くランダムに命じられました。すべての参加者は、その時点で彼らはランダムに低速または高速高架のウォーキング グループに割り当てられた実験の後の適応段階に到達するまで同じパラダイムを経験しました。(b)単一の変更の参加者のストライドでストライド プロットのステップ長さ差 (上) とダブル サポートの差 (下)。参考までに、0 に横軸で完璧な対称性が表示されます。色分けがの (a) に対応しています。Hamzeyら。25 Springer から権限を持つ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
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Discussion
数多くの研究は、ステップ長とダブル サポート期間のようなすくみ調整パラメーターの対称性を回復するために分割トレッドミル歩行調整をしつらえる示されています。自然な歩行状態は復元された次の分割-ベルト歩いて、参加者は通常歩行調整に戻るために無学後遺する必要がありますにつながる適応歩行パターンを使用を続行します。研究者は、主にこの新しい歩行パターンを学ぶことは、他の歩行環境とタスクにこの学習を一般化能力を定量化するのに適応率・後遺振幅を使用します。適応料金とアフター効果の振幅の変化を正しく解釈には、キーに注意してください遵守手順、実験的なデザインとこれらの措置に影響を及ぼすかもしれない他の要因を考慮する必要があります。次のセクションでは、これらの考慮事項を強調表示我々、話し合う、高さの異なる参加者のためのスケーリングのトレッドミル速度およびこの手法がより広範な運動学習フィールドに適合させる方法を話し合います。
プロトコルの中で重要なステップ
代表の結果25,28で説明する作業は、歩行速度を考慮した神経学的にそのまま個人に分割ベルト適応プロトコルを開発するときの重要性を強調しています。図 1に示すように、トレッドミル後遺、最大適応25,28中低速ベルトの速度に一致する関連付けられてベルトでテストするとき。したがって、トレッドミル ベースライン調整と後遺症は適応時遅いベルトと同じ速度でテストできるように、分割ベルト プロトコルを設計することをお勧めします。(0.2 m/s) にトレッドミル効サイズ28影響を与えるベルト非常に小さな速度の違いから、最終的な速度の 80% に達した後だけに、捜査官が後の効果分析を開始することをお勧めします。興味深いことに、地面を歩く時にテスト後の影響は、歩行トレッドミル後遺25速度に敏感です。したがってより正確を選択およびより若い、神経学的にそのまま大人の地面効試験を巡る中にトレッドミル効試験中に歩行速度を制御することが重要です。
歩行速度を制御する、に加えてスプリット ベルト適応実験中にディス トラクターと試験会場の他のアクティビティを最小限に抑えることが重要です。この勧告は、健康的なスプリット ベルト歩行中にテレビ番組を見て、両方の非気が散る状態と比較して適応率が減速したことを示す研究に基づいて若い (< 30 年)34歳以上 (> 50 年)33大人。適応にも影響することができますプロトコルに休憩時間を組み込むこと - 最近の作品は、50 歳以上の大人「を忘れて」座って 5 分安静時適応パターン区切り分割ベルト歩行試験、30 歳未満の大人に対し示しています。ない33。改は分割トレッドミル プロトコルの中に、時間と各休憩の期間必要があります文書化されおそらく分析では、因子として研究サンプルに健常若年成人以外の個人が含まれている場合に特に。参加者が改行 (例えば、幼児または疲労を受けやすい集団) を必要があるものと予想する場合標準化された区切りはすべて参加者35の研究プロトコルに統合されます。
変更とトラブルシューティング
歩行分割トレッドミル プロトコルの一部として考えられる速度の大きな範囲が存在します。なぜ他の比率ことができませんでした使用される (例えば、ヤンらのように理由はない一方多くの研究者は、分割ベルト速度 (例えば2:1、3:1、4:1 の違い) の整数比を選ぶ、31). 同じトレッドミル速度誰も現在のプロトコルの用途を加えて、中 (すべての大人; 別のグループに無作為に割り当てられた)、被検者のサイズにトレッドミルの速度を調整する必要があります。たとえば、Vasudevanらで35, 分割ベルト適応 3 40 歳から歳までの人々 の間で比較しました。明らかにこのサンプル間で脚の長さに大きな差があった。この点を考慮するには、トレッドミルの速度が足の長さによるとスケーリングされました。脚の長さが 1.0 m の場合、分割 - トレッドミルの速度は 1.0:2.0 m/s に設定されました。脚の長さが 0.35 m の場合、分割 - トレッドミルの速度は 0.35:0.7 m/s に設定されました。このアプローチがすべての参加者は、管理された分割ベルト速度につながったし、分割ベルトによる初期の非対称性は、年齢グループ間で対等だった。この紙が発行されて以来私たちのグループ、異なる高さ37の参加者間でトレッドミルの速度を正規化するのにフルード数36を使用しています。フルード数は無次元パラメーター脚長差と異なる荷重条件下での人々 の歩行の振り子のような運動を正常化するために使用します。この関係は、歩行速度は脚の長さの平方根に比例することを定めています。したがってより良いアプローチ、将来あります脚の長さと絶対脚の長さの平方根と速度のスケールします。絶対トレッドミル速度可能性があります分割トレッドミル プロトコルで多様でありがながら参加者間で一貫性のある分割ベルト速度比を維持することをお勧めします。
これまでこの議論で、3 つの要因は、分割ベルト実験の設計に主な考慮事項として強調した: 歩行速度、気晴らしと休憩。しかし、これは完全なリストではありません。適応および/または追加または感覚刺激26,38,39 の剥奪を含むアフター効果に影響を与えるいくつかの示されているではすでに多数の可能なプロトコルの変更があります。 ,40, トレッドミル ベルト適応34,41中分割ベルト試験27、実践構造29、および提供するフィードバックの先頭の加速度。後遺分割ベルトを歩いて、次は非常に堅牢な数多くの研究 (例えば 8,24,25,26,27でレプリケートされています。 28,29,35). このプロトコルでは、堅牢な余波は行われません場合、原因小脳損傷または未熟21,35,42など不十分な適応の速度の比率の不適切な選択縛らベルト速度 (ディスカッション セクション (a) と25,28参照) 後の効果をテストします。
この手法の限界
運動学習の 1 つのタイプを実行する能力を分割のトレッドミルに評価を確認することが重要です。具体的には、マーティンらの用語を使用して定義されている運動の適応を評価します。9コンテキストまたは環境 (例えば、分割トレッドミル) の摂動小説に対して良く学んだ動き (例えば、歩行) を変更するの漸進的な試行錯誤のプロセスとして。つまり、運動適応運動の学習の 1 つのコンポーネントとして見なすことができますがまた新しい動きを学習するための他の多くのメカニズムがあります。
同様に、歩行運動学8,10, 動態11,12,13,14 の評価を含む運動の適応を定量化するためのいくつかの方法があります。、筋電図6,15,16、および歩行の非対称性7,17,18,19の知覚。上記のプロトコルには、歩幅とダブル サポート時間の議論に限られた Hamzeyらの私たちの研究の質問に最も対処これらの措置段階的に運動適応の時空の一般化に関する25 。運動適応の各メジャーの包括的な議論は、このホワイト ペーパーの範囲外ですが、幅広い代替分割トレッドミル プロトコルおよびアウトカム指標が存在する、ユニークな仮説を評価するために使用できます。
分割トレッドミルのもう一つの制限は、(例えば歩幅) 歩行適応の多くの一般的に使用される手段が (例えば、ヒール ストライク) の離散時間ポイントでキャプチャされます。しかし、継続的な運動は、ウォーキング、適応が歩行中に発生する継続的なプロセス。定量化の適応の多くの方法は、離散時間ポイントに継続的なプロセスを削減します。これは、適応の時間経過が重要な変数を計算力学モデルで問題になる可能性があります (ディスカッション セクション (e) 適応データの計算モデル化の詳細についてを参照してください)。
メソッドによって既存の/代替技術の意義
これは研究運動適応と学習する唯一の方法ではない (例えば、また参照してください43,44,45,46,47, 48,49,50)、分割トレッドミル パラダイムには多くの強み。まず、分割トレッドミルはほとんどの人にとって小説、簡単画面分割トレッドミルの過去の経験の人々 に。これにより、トリップ、脚の重み付けとは異なり、全く新しい摂動への適応の研究または障害をステップ オーバー、最も成熟した、地上、脚動物は前に経験しました。第二に、それは命令、とても若い子供31,35,42を必要とし、限られた自主的なモーターを持つ人々 を制御 (例えば脳卒中や脳外傷後)23,51,52このタスクを実行できます。実際には、非対称歩行の次のストロークを持つ人々 は歩行訓練53繰り返し分割トレッドミルを次の調整も経験の長期的な利益を可能性があります。要約すると、分割のトレッドミルは別の運動経験を持つ多くの多様な人口にわたって運動の適応を研究する強力な技術を提供していますもいくつかの治療効果の可能性を提供しています。
将来のアプリケーションまたはこのテクニックを習得後方向
プロトコルのセクションで起こったいくつかのポイントを含む分割トレッドミル適応に影響する要因については未だ多くの質問があります。たとえば、腕の動き (例えば、当然のことながらスイング アームとバーを握り) の種類の影響と運動適応に及ぼす下肢優位性がまだ調査されていない徹底的に (ただし、 54を参照してください)。さらに、運動適応10,55,,5657のプロセスをモデル化する計算の仕事の成長するボディが始まりました中、照会のこの分野はまだ低開発計算と比較して上部の肢や目の動き (すなわちサッカード) 適応のモデリング。この格差は、部分的に 2 つの手足、複数の関節では、姿勢制御および安定性に関連するその他のシステムを行っていますので到達または目のサッケードよりもより複雑な動きをされているウォーキングのためです。モデリング データを歩いての増加の難しさに達するに対し継続的な運動は、ウォーキングとサッケード離散運動であるという事実によるものもです。最初のリーチまたは適応ブロックにおける眼球運動タスクの変更された感覚運動パラメーターに参加者の初期反応を表しています。対照的に、トレッドミルがそのターゲット速度の 80% に達した後にのみ、適応を歩行のための最初のデータ ポイントが得られます。トレッドミル取得スピードアップしている間、足は、データ コレクションを開始する前であってもに、ベルトの相対速度について情報を収集しています。したがって、適応をウォーキングで最初のデータ ポイントを記録するまでに、人には既に適応タスクについての情報が得られます。どのように迅速に人々 は、この情報に歩行調整を調整できます、によって適応プロセスは、最初の解析手順を実行する前に発生する可能性が。これにより、反復暴露29と異なる参加者グループ52の出発点は、常に同じではありませんので、モデリング プロセスに難易度を追加するを変更する分割ベルトに対する最初の反応。それにもかかわらず、いくつかの非常に興味深いの計算作業が出現し始めています。sup クラス ="xref"> 10,55,56,57、そのフィールドを豊かにし人が今後も分割トレッドミル プロトコルのさまざまなバリエーションに対応方法についての予測を生成する可能性があります。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
この作品は、アメリカ心臓協会の科学者開発への交付金 (#12SDG12200001) E. 書いたこのによって賄われています。R. Hamzey の現在の所属は、機械工学科、ボストン大学、ボストン、MA、アメリカ合衆国です。E. カークの現在の所属は、MGH 保健所理学療法学科です。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Split-belt treadmill | Woodway | ||
| Codamotion CX1 | Charmwood Dynamics, Ltd, Leicestershire, UK |
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