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Behavior

Verwenden eine Split-Gürtel-Laufband zum Verallgemeinerung des menschlichen Bewegungsapparates Anpassung auswerten

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

Wir beschreiben ein Protokoll für die Untersuchung von menschlichen Bewegungsapparates Anpassung mit dem Split-Gürtel-Laufband, mit zwei Riemen, die jedes Bein mit einer anderen Geschwindigkeit fahren kann. Wir konzentrieren uns speziell auf ein Paradigma entwickelt, um die Verallgemeinerung der angepasst lokomotorischen Muster zu Fuß Kontexten (z.B.Gang Geschwindigkeiten, Umgebungen zu Fuß) zu testen.

Abstract

Das Verständnis der Mechanismen zugrunde liegenden motorischen Lernens hilft den Forschern und Klinikern optimieren Gangart Umschulung im Rahmen der motorischen Rehabilitation. Studium des menschlichen Bewegungsapparates lernen kann allerdings schwierig sein. Während der Kindheit und Jugend das neuromuskuläre System ist ziemlich unreif, und es ist unwahrscheinlich, dass die gleichen Mechanismen wie im Erwachsenenalter Bewegungsorgane lernen während der frühen Stadien der Entwicklung unterliegt. Von der Zeit Menschen erreichen ihre Reife, sie sind nur wenige so tüchtig, dass es schwierig ist, kommen mit einer ausreichend neuartige Aufgabe de Novo Bewegungsorgane lernen zu studieren. Die Split-Gürtel-Laufband, die zwei Riemen, die jedes Bein mit einer anderen Geschwindigkeit fahren kann, ermöglicht die Untersuchung der beiden kurz-(d.h.sofortige) und langfristige (d. h., in Minuten-Tagen, eine Form des motorischen Lernens) Gang Änderungen als Reaktion auf eine neuartige Änderung in fußläufiger Umgebung. Einzelpersonen können leicht gezeigt werden für frühere Exposition gegenüber dem Split-Gürtel-Laufband, damit alle experimentellen Teilnehmer haben (oder gleichwertiges) Vorkenntnisse. Dieses Whitepaper beschreibt eine typische Split-Gürtel Laufband Anpassungsprotokolls, die Methoden zur Quantifizierung der Bewegungsorgane Lern- und Verallgemeinerung dieses Lernens in andere Kontexte zu Fuß integriert. Eine Diskussion über wichtige Überlegungen für die Gestaltung von Split-Gürtel Laufband Experimente folgt, unter anderem Faktoren wie Laufband Bandgeschwindigkeiten, Ruhepausen und Distraktoren. Darüber hinaus gelten aber erforschten potenzielle konfundierenden Variablen (z. B.Armbewegungen, Vorkenntnisse) in der Diskussion.

Introduction

Ein Split-Gürtel-Laufband verfügt über zwei Riemen, die jedes Bein mit einer anderen Geschwindigkeit oder in eine andere Richtung fahren können. Dieses Gerät wurde erstmals vor 45 Jahren als ein Werkzeug verwendet, Koordination zwischen die Beine während des Gehens1(d.h. interlimb Koordination) zu studieren. Dies und andere frühen Studien vor allem Katzen als ein experimentelles Modell1,2,3verwendet, aber Insekten waren auch studierte4. Die ersten Untersuchungen der Split-Gürtel Fortbewegung im menschlichen Säuglingen und Erwachsenen erschienen 1987 und 1994 jeweils5,6. Diese ersten Studien an menschlichen und nichtmenschlichen Tieren untersucht vor allem kurzfristige (d.h.sofortige) Anpassungen im interlimb Koordination, Stabilität und vorwärts Progression zu bewahren, wenn die Beine mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gefahren werden. Eine 1995 Studie festgestellt, dass längere Zeiträume (mehrere Minuten) Split-Gürtel zu Fuß die Fähigkeit des erwachsenen Menschen genau wahrnehmen Laufband der Bandgeschwindigkeit und Anpassungen vornehmen beeinträchtigt, Geschwindigkeiten auf jeder Seite auszugleichen. Dies deutet darauf hin, dass die sensomotorische Zuordnung des Gehens neu kalibriert7gewesen sei. Jedoch war es nicht bis 2005, dass die erste detaillierte kinematische Bericht motorische Anpassung des Menschen über 10 Minuten von Split-Gürtel Laufband walking veröffentlichten8Jahre alt war.

Motorische Anpassung bezieht sich auf eine Fehler-gesteuerten Prozess während, den sensomotorische Zuordnungen von gut erlernten Bewegungen in Reaktion auf eine neue, vorhersehbare Nachfrage9angepasst werden. Es ist eine Form des motorischen Lernens, das über einen erweiterten Praxis Zeitraum (Minuten bis Stunden) auftritt und Ergebnisse in after Effects sind Änderungen in der Bewegungsmuster, wenn die Nachfrage entfernt wird und/oder Bedingungen wieder zur Normalität zurückkehren. Zu Fuß zunächst auf Split-Gürtel verursacht beispielsweise Menschen mit asymmetrischen interlimb Koordinierung, ähnlich wie ein hinken gehen. Über mehrere Minuten des Gehens Split-Gürtel anpassen Menschen ihren Fuß Koordination so, dass ihre Gangart mehr symmetrisch wird. Wenn die beiden Gurte später in der gleichen Geschwindigkeit (d.h. gebunden-Gurte) zurückkehren, zeigen Normalbedingungen zu Fuß damit die Wiederherstellung, Menschen Nachwirkungen zu Fuß mit asymmetrischen Koordination. Diese Nachwirkungen aktiv de angepasst werden müssen oder über mehrere Minuten gebunden-Gürtel zu Fuß vor normalen walking Koordination restaurierten8verlernt.

Nach 2005 Reisman Et Al. 8 kinematische Analyse der Split-Gürtel zu Fuß beim Menschen, stieg Benutzung des Laufbandes Split-Gürtel in veröffentlichten Forschungsergebnisse rund um das Zehnfache im Vergleich zu den letzten zehn Jahren. Warum wird die Split-Gürtel-Laufband beliebter als ein experimentelles Werkzeug? Split-Gürtel Gehfähigkeit ist eindeutig eine Labor-Aufgabe-der nächsten realen analogen drehen oder zu Fuß in einem engen Kreis, aber die Split-Gürtel-Laufband induziert eine viel extremere Version drehen, mit einem Bein getrieben zwei-bis vier - Mal schneller als der andere. Die Tatsache, dass die Split-Gürtel-Laufband bietet eine höchst ungewöhnliche Aufgabe zu Fuß mehrere Vorteile für das Studium der Bewegungsorgane lernen. Erstens ist es neu für die meisten Menschen unabhängig vom Alter und unabhängig von Wandererfahrung; Es ist leicht zu Bildschirm experimentelle Teilnehmer für die Neuheit des Split-Gürtel zu Fuß. Zweitens, induziert das Split-Gürtel-Laufband beträchtliche Änderungen in interlimb Abstimmung, die nicht schnell behoben werden. Die relativ langsame Sätze Anpassungs-und de-Anpassung erlauben Sie uns, wie unterschiedliche Ausbildung studieren Interventionen können diese Sätze verändern, ohne Annäherung an eine Decke. Dritte, die kinematische8,10, kinetische11,12,13,14, elektromyographische6,15,16 , und Wahrnehmungs-7,17,18,19 Änderungen, die mit Split-Gürtel Laufband Anpassung auftreten wurden gut untersuchte, wie die neuronale über diese Aufgabe20 Kontrolle ,21,22. Mit anderen Worten haben Anpassungen an das Split-Gürtel-Laufband dokumentiert und durch verschiedene Gruppen, so dass dies ein gut charakterisierten Bewegungsorgane Lernaufgabe repliziert wurden.

In den letzten zehn Jahren haben mehrere Studien die Aufgabe und Kontext-spezifische Art der Split-Gürtel Anpassung gezeigt. Nachwirkungen nach Split-Gürtel Anpassung sind in Amplitude deutlich reduziert, wenn sie unter verschiedenen Bedingungen aus dem Trainingszustand geprüft werden. Zum Beispiel Nachwirkungen sind kleiner, wenn die Person in eine andere Umgebung (z. B.über Boden zu Fuß23) verschoben wird, führt eine andere Bewegungsorgane Aufgabe (z.B., rückwärts gehen oder laufen13, ( 24), oder sogar mit einer Geschwindigkeit, die unterscheidet sich von der Geschwindigkeit des langsameren Bandes während Anpassung25geht. Bemühungen um die Parameter für die Verallgemeinerung der Bewegungsorgane Anpassung sind im Gange.

Das Ziel dieses Papiers ist zu beschreiben, ein Protokoll für die Verwendung von Split-Gürtel-Laufband, um menschlichen Bewegungsapparates Anpassung und Verallgemeinerung des Musters angepasst auf andere zu Fuß Kontexte (d.h., unterschiedlich zu Fuß schnell und Umgebungen) zu untersuchen. Während das Protokoll beschrieben ist hier die meisten direkt abgeleitet, die in Hamzey Et Al. verwendet 25 (Abbildung 1(ein), ist anzumerken, dass dieses Protokoll durch eine Reihe von Studien informiert wurde, die ihr,8,23,24,26, vorausging 27,28. Die Methode wurde ursprünglich entwickelt, um die Hypothese zu testen, dass Pflege Konstanz in Schrittgeschwindigkeit zwischen dem Laufband und über Boden Umgebungen Verallgemeinerung der Split-Gürtel zu Fuß über diesen unterschiedlichen Umgebungen25verbessern würde. Im Abschnitt Protokoll geben wir Anweisungen, wie diese Version der Methode Split-Gürtel Laufband mit Noten zu replizieren, die angeben, wie bestimmte Protokoll Schritte für andere Zwecke geändert werden können.

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Protocol

alle Verfahren von der Institutional Review Board an der Stony Brook University genehmigt worden.

1. Versuchsaufbau

Hinweis: beziehen sich auf Zusätzliche Datei 1-Definitionen für die Definitionen der Begriffe in Split-Gürtel Laufband Experimente verwendet.

  1. Bildschirm alle Teilnehmer für frühere Erfahrungen mit dem Split-Gürtel-Laufband.
    Hinweis: Menschen haben gezeigt, dass schneller gewöhnen, eine vorherige Aussetzung zu ihr nach Split-Gürtel-Laufband 29 , 30. Die Zeitskala über welche Menschen " vergessen " das Split-Gürtel-Laufband ist derzeit nicht bekannt; so kann frühere Erfahrungen mit dem Split-Gürtel-Laufband einer konfundierenden Variablen sein, wenn sie nicht kontrolliert wird.
  2. Alle Tests in einer ruhigen Umgebung, und minimieren Sie Aktivität in den Prüfraum.
  3. Set up ein Motion-tracking System (je nach System Anweisungen), Satzbewegung, auf einem Laufband Split-Gürtel und auf eine über Boden Gehweg.
    Hinweis: zum Beispiel verwendet das aktuelle Protokoll ein Motion-tracking-System mit aktiven LED Marker. Vier Stativ montiert Sensoreinheiten erkannt die dreidimensionale Position der aktiven Marker mit zwei Einheiten auf beiden Seiten (rechts und links des Laufbandes) und zwei auf beiden Seiten von einem 7 m über Boden Gehweg platziert.
  4. Outfit den Teilnehmer mit Motion-tracking-Marker, Elektromyographie, Etc.
  5. Berücksichtigen, einschließlich einer Trennwand zwischen die beiden Gurte des Laufbandes Split-Riemen um die Beine vom überqueren der kontralateralen Gürtel zu verhindern. Diese Partition ist nicht unbedingt notwendig für neurologisch intakten Erwachsene aber kann hilfreich sein für Kinder oder klinischen Populationen zu testen. Beachten Sie, dass das Vorhandensein einer Partition wahrscheinlich Schrittweite erhöht; das Ausmaß, in dem das Split-Gürtel Anpassung beeinträchtigt, ist jedoch unbekannt.
  6. Richten Sie einen Sicherheitsgurt über das Laufband zu verhindern, dass die Teilnehmer beim Laufband walking fallen.
    Hinweis: Das Gurtzeug sollte Körpergewicht, nicht unterstützt, es sei denn, dies Teil der Fragestellung ist. Zwar fallen beim Laufband walking äußerst selten, viele Forschung Ethik Boards erfordern Sicherheit Kabelbaum Einsatz.
  7. Pflegen Konsistenz in Arm Bewegung über die experimentellen Paradigma und Teilnehmer. Bei der Entscheidung über die Art der Armbewegung (z.B. Handläufe, schwingen Arme natürlich halten), betrachten erfassen was bequem für die Fachgruppe sein wird und ob die typischen Armschwung die Sichtbarkeit von kritischer Marker für Motion verwendet dunkel wird) z.B. für Marker auf die Hüften gelegt).
    1. Unabhängig von der Armbewegung, anweisen, alle Teilnehmer zu Handläufe halten beim Starten und stoppen das Laufband aus Sicherheitsgründen.
  8. Konsistenz in Steigung über den experimentellen Paradigma.
    Hinweis: Nach unserem Kenntnisstand alle veröffentlichten Split-Gürtel-Laufband-Protokolle, einschließlich der aktuellen habe null Steigung für Laufband und über Boden gehen.

2. Basisperiode

Hinweis: der Basisperiode soll feststellen, welche normal zu Fuß Koordination für jede Person. Grundlinie Koordinierung sollte unter allen Bedingungen getestet werden, in denen Nachwirkungen getestet werden. Beispielsweise wurden die Nachwirkungen in das aktuelle Protokoll während Laufband und über Boden zu Fuß mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (0,7 bis 1,4 m/s) getestet. Daher wurden die Grundlinie über Boden und Laufband Versuche bei 0,7 und 1,4 m/s. Dies erlaubt einen direkten Vergleich der Nachwirkungen zu Grundlinie zu Fuß Koordination mit der gleichen Geschwindigkeit und Kontext. Über Boden zu Fuß Baseline Studien beseitigt werden können wenn die experimentelle Ziele keine Verallgemeinerung über Boden zu Fuß beinhalten.

  1. Für über Boden Grundlinie Versuche, weisen Sie die Teilnehmer zu Fuß über dem Boden auf einem Gehweg wo Motion-Capture-Daten gesammelt werden können. Sammeln Sie ein Minimum von 10 Schrittlänge Zyklen um die Basislinie über Boden zu Fuß zu etablieren.
    1. , Wenn die Bewegung System erfassen nur erlaubt für Motion Capture in einem begrenzten Raum, haben die Teilnehmer mehrere Durchgänge (z. B. Studien) durch den Motion-Capture-Raum durchführen. Am Ende jeder Prüfung, anweisen, die Teilnehmer zu stoppen, in Ort und bereiten Sie für den Forscher ' s Stichwort, beginnen Sie den nächsten Test.
    2. Für jeden Versuch, stellen Sie sicher, dass mindestens zwei Schrittlänge Zyklen innerhalb Motion Capture, nicht einschließlich die ersten und letzten Schritt-Zyklen durchgeführt werden.
      Hinweis: Diese erste und letzte Schritt Zyklen werden verworfen von Analyse Beschleunigung/Verzögerung Fortschritte sind nicht stationären gehen.
    3. Haben die Teilnehmer mehrere (in der Regel 10) Over durchführen Boden laufen Studien.
      1. Wenn eine bestimmte Geschwindigkeit gewünscht wird, haben die Teilnehmer zu Fuß bei dieser Geschwindigkeit auf dem Laufband (auf gebunden-Gürtel), ihn/Sie mit der Aufgabe vertraut zu machen. Dann zurück auf den Gehweg, weisen Sie die Teilnehmer mit der gleichen Geschwindigkeit zu gehen, wie er/Sie auf dem Laufband, Tat und Zeit des Teilnehmers bei jeder Prüfung der über Boden zu Fuß. Geben Sie mündliche Feedback zwischen jede Prüfung zu beschleunigen bis oder langsam nach unten, ggf. 25.
  2. Für Laufband-Baseline-Studien, weisen die Teilnehmer auf gebunden-Riemen für 1-5 min. zu Fuß
    Hinweis: Dies ist eine einzelne Baseline-Studie. Wenn der Teilnehmer mit Laufband walking nicht vertraut ist, kann dieser Zeitraum verlängert werden, um die Person, mit der Aufgabe vertraut zu ermöglichen.
    1. Match die Durchschnittsgeschwindigkeit der Baseline Studien, die Durchschnittsgeschwindigkeit, an dem die Nachwirkungen, getestet werden, um für den Vergleich der Prä- und Post-Anpassung Gangart Koordination mit entsprechenden Geschwindigkeiten ermöglichen.
      Hinweis: Mehrere Baseline-Studien (d.h., 1-5 min Blöcke) mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten gebunden-Gürtel können erforderlich sein; zum Beispiel in das aktuelle Protokoll Baseline Tests gebunden Bandgeschwindigkeiten von 0,7 m/s und 1,4 m/s wurden gesammelt weil diejenigen die Geschwindigkeiten verwendet, um Spätfolgen zu bewerten waren.

3. Anpassungslehrgang

Hinweis: Teilnehmer müssen nicht angewiesen werden, dass sie auf Split-Gürtel gehen sollen. In vielen Experimenten, einschließlich der aktuellen Teilnehmer nicht mitgeteilt ob Gürtel gebunden- oder Split-; Sie sind einfach gesagt, wenn das Laufband starten oder anhalten wird. Dies erlaubt den Experimentator, die Auswirkungen einer unerwarteten Veränderung in fußläufiger Umgebung zu messen.

  1. Während der Teilnehmer auf die stationäre Laufbänder steht starten Split-Gürtel-Laufband mit einem Band läuft schneller als der andere und lassen Sie die Teilnehmer für mindestens 7 min zu Fuß (10-15 min ist häufiger).
    1. Weisen die Teilnehmer sich geradeaus, nicht nach unten zu ihren Füßen.
    2. Stellen eine Bandgeschwindigkeit schneller als der andere (z. B. 2-3 fache Unterschiede zwischen Bandgeschwindigkeiten).
      Hinweis: Höhere Geschwindigkeit Verhältnisse wurden in den letzten 8 , 31 verwendet. Das aktuelle Protokoll verwendet 0.7:1.4 m/s für ein Verhältnis von 2:1.
      1. Randomisieren, welches Bein von der langsameren Riemen angetrieben wird oder wählen Sie ein Bein (dominant oder nicht-dominanten) konsequent als das Bein, das durch die langsamere Riemen angetrieben wird.
      2. Die Bandgeschwindigkeit Differential kann schrittweise eingeführt werden (schnelle Bandgeschwindigkeit ist inkrementell erhöht und/oder langsamen Gürtel Geschwindigkeit spielendergeistig verminderte über mehrere min) oder abrupt (von Endlage, Gürtel beschleunigen, Zielgeschwindigkeit innerhalb von Sekunden).
        Hinweis: Die Art und Weise, dass Split-Gürtel eingeführt werden kann beeinflussen, wie Einzelpersonen anpassen, wie gut sie zu Fuß verschiedene Umgebungen angepasst Muster übertragen und wie gut sie sich auf Split-Gürtel 24 h später 27 , neu einstellen 32. derzeit die meisten Split-Gürtel zu Fuß Protokolle (einschließlich der aktuellen) einführen der Split-Gürtel abrupt.
      3. Wenn es erwartet wird, dass Pausen benötigt (z.B. für Kleinkinder, ältere Menschen oder Personen mit eingeschränkter Mobilität), hinzufügen vorgegebenen Ruhepausen des Protokolls für alle Teilnehmer. Sicherzustellen Sie, dass die Länge der diese Pausen übereinstimmt; unvorhergesehene Pausen sollten aufgezeichnet und zeitlich, wie dies möglicherweise ein Faktor Analyse 33.

4. Studie zu fangen

Hinweis: Catch Prüfungen erfolgen auf dem Laufband (gebunden-Gurte) und werden verwendet, um die Teilnehmer kurz testen ' s Nachwirkungen so weit in das Protokoll, die angibt, wie viel sie angepasst haben. Eine Fang-Testversion ist eine kurze (in der Regel < 20 s) Zeitraum gebunden-Gürtel zu Fuß schnell bewerten die Entwicklung der Nachwirkungen in der Split-Gürtel Anpassungslehrgang.

  1. Einmal der Teilnehmer hat voll angepasst Split-Gürtel (mindestens 7 min zu Fuß Split-Gürtel), kurz die Gurte zu stoppen und starten Sie das Laufband mit zwei Gurte mit der gleichen Geschwindigkeit ausgeführt. Durchführen Sie die Fang-Studie durch das Laufband mit der gleichen Geschwindigkeit als die langsameren Gürtel während Split-Gürtel Anpassung 28 ab, als Nachwirkungen hier größte werden.
    1. Zur Maximierung der Nachwirkung Amplitude nach Split-Gürtel Anpassung an 0.7:1.4 m/s, führen Sie die Fang-Studie bei 0,7 m/s.
  2. Um de-Anpassung zu verringern, beenden die Catch-Studie (d.h., stoppen Sie das Laufband) Nachdem die Teilnehmer etwa fünf Schritten, zu den gewünschten stattgefunden hat fangen Test Geschwindigkeit (~ 10-15 s).
  3. Auszuwertende Nachwirkungen in Fang Studien durchgeführt an mehrere unterschiedliche Geschwindigkeiten zu Fuß (oder andere Änderungen in unmittelbarer Kontexten, z.B., vorwärts und rückwärts zu Fuß 24), neu anpassen des Teilnehmers für mindestens 2 min auf Split-Gürtel zwischen den einzelnen fangen Testversion.
    Hinweis: Die Reihenfolge der Catch-Studien sollen randomisierte 25 bzw. die erste Catch-Studie sollte am Ende des Anpassungslehrgangs um festzustellen, ob gab es eine systematische Verringerung der Nachwirkung Größe mit wiederholten Wechsel erneut getestet werden zwischen gebunden-Gürtel (fangen Studien) und Split-Gürtel (erneute Anpassung) 28.
  4. Nach dem letzten Versuch zu fangen, stoppen Sie das Laufband und starten Sie es mit Split-Riemen (gleicher Konfiguration wie Anpassung - siehe Punkt 3.1.2) für 2-5 min bis die Teilnehmer wieder anpassen können.

5. Post-Anpassung-Tests Nachwirkungen während über Boden zu Fuß

Hinweis: Diese Schritt ist optional und hängt von den Zielen des Experiments. In diesem Protokoll umfasste die Ziele Bewertung der Verallgemeinerung über Boden zu Fuß, so eine Post-Anpassung über Boden Tests war Periode enthalten.

  1. Stoppen Sie das Laufband und übertragen die Teilnehmer, die über Boden Gehweg mit einem Rollstuhl um zu verhindern, dass Teilnehmer nicht aufgezeichneten Schritte vor dem Erreichen der Aufnahmebereich.
  2. Weisen Sie die Teilnehmer zu Fuß entlang der über Boden Gehweg, wie in Schritt 2.1.
    1. Nach Wunsch eine spezifische Gehgeschwindigkeit beauftragen Personen an die Grundlinie zu Fuß Geschwindigkeit 25 replizieren.
    2. , Komplett über Boden zu Fuß folgen also das Auswaschen Menschen zurück zu ihrer Grundlinie Koordination, haben die Teilnehmer 10-15 zu Fuß geht auf eine 6 m über Boden Gehweg durchführen
      Hinweis: Dies hat gezeigt, dass ausreichend 26 , 27 und Beträge werden auf rund 30 schreitet 27. Wenn über Boden zu Fuß nicht kontinuierlich aufgezeichnet wird (z.B., sind mehrere Durchgänge durch den Aufnahmebereich genommen), werden mehrere Schritte, die nicht zwischen jedem über Boden zu Fuß Studie, analysiert werden, da die Teilnehmer abwechselnd in Ort, verlangsamt, und beginnt zu Fuß in die andere Richtung. Die Rate der de-Anpassung in über Boden Post-Anpassung (OG PA) Versuche sollten vorsichtig interpretiert werden, es sei denn, der Versuchsaufbau für die kontinuierliche Aufnahme von über Boden zu Fuß ermöglicht.

6. Post-Anpassung-Tests Nachwirkungen während Laufband Walking

Hinweis: wie in Schritt 5, dieser Schritt ist optional und hängt die Studienziele. Wenn ein OG PA Zeitraum aufgenommen wurde, die nachfolgenden Laufband nach Anpassungslehrgang Tests auf das Vorhandensein von Laufband Nachwirkungen nach über Boden Nachwirkungen ausgewaschenen 23 , 26 gewesen , 27. gäbe es keine OG PA-Periode, der Laufband nach Anpassungslehrgang einsetzbar, Laufband Nachwirkungen zu bewerten (erste 1-5 Fortschritte der Post-Anpassung) und/oder Laufband de-Anpassung Preise 22 , 29 , 34.

  1. Gäbe es keine OG PA, am Ende des Anpassungslehrgangs, das Laufband kurz beenden und Neustarten mit gebunden-Gürtel. Gäbe es eine über Boden zu Fuß Zeit, verwenden Sie den Rollstuhl, um die Teilnehmer zurück in die stationäre Laufband und starten Sie neu mit gebunden-Gürtel zu transportieren; der Rollstuhl ist wichtig, die Anzahl der Schritte zu minimieren, die nicht aufgezeichnet werden.
    1. Nachwirkung Größe einfach zu messen, aufzeichnen, gebunden-Gürtel zu Fuß für einen kurzen Zeitraum (z.B. 30 s). Bei der Beurteilung Raten von de-Anpassung erfassen kontinuierlich gebunden-Gürtel zu Fuß für ein Minimum von 10 min bis zum komplett auswaschen der Nachwirkungen zu gewährleisten.
    2. Stellen Sie die Geschwindigkeit der gebunden Riemen während der Post-Anpassungslehrgang gemäß der Hypothese gestellt, als das größte Laufband Nachwirkungen auftreten, wenn die gebunden Bandgeschwindigkeit langsamer Gürtel bei Split-Gürtel Anpassung 25 übereinstimmt , 28. Anpassung zur Split-Bandgeschwindigkeiten von 0,7 und 1,4 m/s durchgeführt wird, setzen die gebundenen Bandgeschwindigkeit bei 0,7 m/s, die größte Nachwirkungen zu beobachten.

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Representative Results

Gehen auf einem Split-Gürtel-Laufband zunächst verursacht große Asymmetrien in interlimb Abstimmung. Über einen Zeitraum von 10-15 min ist Symmetrie in viele dieser Maßnahmen schrittweise wiederhergestellt. Detaillierte Beschreibungen wie kinematische walking Parameter-Änderung über der Verlauf der Split-Gürtel Laufband Anpassung wurden an anderer Stelle veröffentlicht8,10. Dieser Beitrag konzentriert sich auf zwei Maßnahmen der interlimb Koordination: Schritt Doppelständer Dauer. Schrittlänge errechnet sich aus der anterior-posterioren Abstand zwischen den beiden Füßen (d.h. der Abstand zwischen Motion-tracking-Marker platziert auf der seitlichen Malleoli) bei Erstkontakt (d.h., Ferse). Langsam Schrittlänge wird berechnet, wenn das Bein auf dem langsameren Band landet; schnellen Schrittlänge errechnet sich bei schnellen Bein Fersenauftritt. Schrittlänge ist in erster Linie ein räumliches Maß für interlimb Koordinierung betrachtet, obwohl es auch durch Änderungen des Zeitpunkts der Gangart10beeinflusst werden kann. Doppelständer-Dauer ist ein zeitliches Maß interlimb Koordination, definiert als die Dauer der Periode, wenn beide Füße Bodenkontakt haben; langsame Doppelständer tritt am Ende des langsamen Bein Haltung und schnell doppelte Unterstützung ist bei schnellen Bein terminal Haltung. Doppelständer-Dauer wird als prozentualer Anteil der Stride Zyklusdauer berichtet. Schrittlänge und Doppelständer-Dauer, die Unterschiede zwischen den Werten, die aus jedem Bein geben ein Maß für die Symmetrie zu Fuß (symmetrische Gangart: Differenz = 0; asymmetrische Gangart: Unterschied ≠ 0). Die absoluten Werte dieser beiden Kennzahlen während der Post-Anpassung zu Fuß werden bezeichnet als "Nachwirkung Amplituden".

Abbildung 1 zeigt Vertreter ergibt sich aus zwei Teilnehmer in einem Split-Gürtel-Laufband25experimentieren. Die Teilnehmer waren junge Erwachsene (< 40 Jahre alt) ohne neurologische oder orthopädische Verletzungen oder Krankheiten. Der Zweck dieses Experimentes war zu testen, wie den Ausdruck der Split-Gürtel Laufband Nachwirkungen in verschiedenen Umgebungen beeinflusst Gehgeschwindigkeit (d.h., gehen auf dem Laufband und zu Fuß über dem Boden). Das Experiment begann mit Grundlinie Perioden zu Fuß, auf dem Laufband und auf dem Boden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu Fuß (0,7 und 1,4 m/s); Diese gleichen Fuß Geschwindigkeiten wurden verwendet, um Nachwirkungen später im Experiment zu testen. Beide Teilnehmer ging mit in der Nähe von symmetrischen räumliche (Schritt Längendifferenz) und zeitliche (Doppelständer Differenz) interlimb Koordination während dieser Baseline-Studien.

Als nächstes Teilnehmer gingen auf Split-Gürtel mit ihrer dominanten Bein auf die schnelle Gürtel (langsam Bandgeschwindigkeit: 0,7 m/s; schnelle Bandgeschwindigkeit: 1.4 m/s). Die Split-Gürtel anfangs induzierte Asymmetrien in interlimb Abstimmung, aber über mehrere Schritte, beide Teilnehmer an Grundlinie Symmetrie wiederherstellen angepasst. Nach 10 min walking Split-Gürtel Riemen wurden gestoppt und neu gestartet mit zwei Gurte mit der gleichen Geschwindigkeit um Nachwirkung Größe (d.h. Fang Studien) zu bestimmen. Diese fangen Studien getestet Laufband Nachwirkungen bei 0,7 m/s und 1,4 m/s (Reihenfolge zufällig), mit einer 2 min Re Anpassungslehrgang dazwischen. In Fang Studien gezeigt beide Teilnehmer Nachwirkungen, die als Asymmetrien gegenüber von der Richtung der Asymmetrie induziert durch das Split-Gürtel-Laufband zu Beginn des Anpassungslehrgangs geäußert wurden. Nachwirkungen in der langsamen Geschwindigkeit (0,7 m/s) getestet waren größer als die mit hoher Geschwindigkeit (1,4 m/s) getestet, ein Ergebnis, das in Gruppe bestätigt wurde analysiert25,28.

Im Anschluss an die letzte Fang-Studie Teilnehmer Split-Gürtel neu angepasst und dann mit dem Rollstuhl auf den Gehweg für OG PA Studien transportiert wurden. Je nach Zuordnung, sie wurden gebeten, bei der langsamen (0,7 m/s) oder schnell gehen (1,4 m/s) Geschwindigkeit. Während beide Teilnehmer Nachwirkungen (Gangart Asymmetrien im Vergleich zum Ausgangswert) in OG PA Studien gezeigt hat, waren diese Nachwirkungen nicht so groß wie diejenigen auf dem Laufband getestet, noch schien sie so viel von der Gehgeschwindigkeit beeinflusst werden. Nachwirkungen in Teilnehmer-1, die über Boden mit der langsameren Geschwindigkeit gegangen waren ungefähr die gleiche Größe wie Nachwirkungen in 2 Teilnehmer, die über Boden mit der schnelleren Geschwindigkeit ging; Dies spiegelte sich auch in Gruppe Analysen. In diesem besonderen Experiment wurden Laufband nach Anpassung Studien nicht durchgeführt, da die Laufband-Nachwirkungen während der Fang Studien getestet ausreichen wurden, um die Hypothesen zu testen. Jedoch viele Experimente, die über die Probe gemahlen Nachwirkungen anschließend zurück zu dem Laufband Laufband Nachwirkungen23,26zu testen.

Figure 1
Abbildung 1: (a) experimentellen Paradigma und Schritt für Schritt Grundstücke Split-Gürtel-Anpassung (B). (a) In der experimentellen Paradigma gefüllten Blöcke zeigen Laufband (TM) zu Fuß, während offene Blöcke zeigen über Boden (OG) zu Fuß. Pausen zwischen den Laufband Blöcke zeigen, dass das Laufband war kurz angehalten und neu gestartet Bandgeschwindigkeiten neu konfigurieren. Langsam waren, gekennzeichnet durch den Index "S", bei 0,7 m/s Studien; schnellere Studien ("F") wurden auf 1,4 m/s. Die Geschwindigkeit der langsamen und schnellen Gürtel in Split-Gürtel-Prüfungen (SB) waren 0,7 1,4 m/s, beziehungsweise. 10 s gebunden-Gürtel fangen Studien um langsame (C-S) und Fast (C-F) Geschwindigkeiten wurden nach dem Zufallsprinzip nahe dem Ende der Anpassung bestellt. Alle Teilnehmer erlebten eine identische Paradigma bis hin zu Post-Anpassungsphase des Experiments, an welcher Stelle sie zufällig eine schnell oder langsam zu Boden-walking-Gruppe zugewiesen wurden. (b) einzelne Teilnehmer Schrittlänge von Schrittlänge Grundstücke Änderungen in Schritt Längendifferenz (oben) und doppelte Unterstützung Differenz (unten). Als Referenz zeigt perfekter Symmetrie der horizontalen Achse auf 0. Farbcodierung entspricht, die in (a). Von Hamzey Et Al. 25 mit freundlicher Genehmigung von Springer. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

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Discussion

Zahlreiche Studien haben nun gezeigt, dass Menschen Gangart Koordination auf einem Split-Gürtel-Laufband anzupassen, um Symmetrie in der interlimb Koordination Parameter wie Schrittlänge und Doppelständer Dauer wiederherzustellen. Zu Fuß Naturbedingungen fahren restaurierten folgenden Split-Gürtel zu Fuß, Teilnehmer, dass mit der angepassten Gangbild zu folgen, die sein um wieder normal zu Fuß Koordination verlernt. Forscher verwenden in erster Linie Anpassung Rate und Nachwirkung Amplitude, um die Fähigkeit, diese neue Gangbild zu lernen und zu lernen, andere zu Fuß Umgebungen und Aufgaben zu verallgemeinern zu quantifizieren. Richtig zu interpretieren diese Änderungen bei Anpassung und Nachwirkung Amplitude erfordert sorgfältige Einhaltung der Schlüssel Schritte in die Versuchsplanung und Berücksichtigung anderer Faktoren, die diese Maßnahmen beeinflussen können. Wir markieren diese Überlegungen in den folgenden Abschnitten besprechen Skalierung Laufband Geschwindigkeit für Teilnehmer mit unterschiedlichen Höhen und diskutieren, wie diese Technik in den breiteren Bereich des motorischen Lernens passt.

Wichtige Schritte im Rahmen des Protokolls

Die repräsentative Ergebnisse25,28 beschriebene arbeiten betont, wie wichtig es ist, die Gehgeschwindigkeit in Betracht, wenn ein Split-Gürtel Anpassungsprotokolls bei neurologisch intakten Individuen zu entwickeln. Wie in Abbildung 1dargestellt, sind Laufband Nachwirkungen größte, wenn sie auf gebunden-Gürtel abgestimmt auf die Geschwindigkeit des langsameren Bandes während Anpassung25,28getestet werden. Wir empfehlen daher, Split-Gürtel-Protokolle werden so gestaltet, dass Laufband Grundlinie Koordination und Nachwirkungen mit der gleichen Geschwindigkeit wie die langsameren Gürtel während der Anpassung getestet werden können. Wir empfehlen auch, dass Ermittler Nachwirkung Analyse beginnen, nur nachdem die Gurte 80 % ihrer endgültigen Geschwindigkeit seit sehr kleine Geschwindigkeitsdifferenzen erreichen (0,2 m/s) Laufband Nachwirkung Größe28beeinflussen können. Interessanterweise sind die Nachwirkungen getestet während über Boden zu Fuß nicht so empfindlich auf Schrittgeschwindigkeit als Laufband Nachwirkungen25. Daher ist es wichtiger genau auswählen und Gehgeschwindigkeit während Laufband Nachwirkung Versuche zu kontrollieren, als es während über Boden Nachwirkung Versuche bei jungen, neurologisch intakten Erwachsenen ist.

Neben der Steuerung der Gehgeschwindigkeit, ist es wichtig, Distraktoren und andere Aktivitäten in den Prüfraum bei Split-Gürtel Anpassung Experimente zu minimieren. Diese Empfehlung basiert auf Untersuchungen, die belegen, dass gerade eine TV-Programm während des Gehens Split-Gürtel Anpassung Preise im Vergleich zu nicht-störende Bedingungen in beiden verlangsamt gesunden jüngeren (< 30 Jahre)34 und älter (> 50 Jahre)33 Erwachsene. Integration von Ruhepausen in das Protokoll kann auch Auswirkungen auf Anpassung - die jüngsten Arbeiten haben gezeigt, dass Erwachsene über 50 Jahre alt "", dass das angepasste Muster sitzen 5 min. Rest zwischen Split-Gürtel zu Fuß Versuche, bricht vergessen während Erwachsene jünger als 30 Jahre alt nicht33. Treten Pausen während einer Split-Gürtel Laufband-Protokolls, sollten die Uhrzeit und die Dauer jeder Pause dokumentiert und möglicherweise als ein Faktor bei der Analyse, vor allem, wenn die Studie Stichprobe Einzelpersonen als gesunde junge Erwachsene umfasst. Wenn vorherzusehen ist, dass Teilnehmer Pausen (z.B., Kleinkinder oder Bevölkerung anfällig für Ermüdung) benötigen, sollte die Studienprotokoll für alle Teilnehmer35standardisierte Pausen integriert werden.

Modifikationen und Fehlerbehebung

Es gibt eine große Auswahl des Gehens Geschwindigkeiten, die als Teil eines Split-Gürtel Laufband-Protokolls betrachtet werden könnte. Während viele Forscher für Ganzzahl Verhältnisse für Split-Bandgeschwindigkeit (z.B.2:1, 3:1, 4:1 Unterschiede) entscheiden, gibt es keinen Grund, warum andere Verhältnisse nicht verwendet (z.B., wie Yang Et Al. sein könnte 31). Darüber hinaus zwar das aktuelle Protokoll verwendet die gleichen Laufband-für alle Geschwindigkeiten (alle Erwachsenen; verschiedene Gruppen nach dem Zufallsprinzip zugewiesen), es kann erforderlich sein, die Laufband-Geschwindigkeiten auf die Größe der zu testenden Person anpassen. Zum Beispiel in Vasudevan Et al. 35, Split-Gürtel Anpassung wurde auf Menschen im Alter von 3-40 Jahre verglichen; klar gab es große Unterschiede in der Beinlänge in diesem Beispiel. Um dies zu berücksichtigen, wurden Laufband Geschwindigkeiten entsprechend der Beinlänge skaliert. Wenn die Beinlänge 1,0 m war, wurden Split-Gürtel Laufband Geschwindigkeiten auf 1.0:2.0 m/s festgelegt. Wenn die Beinlänge 0,35 m war, wurden Split-Gürtel Laufband Geschwindigkeiten auf 0.35:0.7 m/s festgelegt. Dieser Ansatz führte zu Split Bandgeschwindigkeiten, die für alle Beteiligten überschaubar waren, und die anfängliche Asymmetrie induziert durch Split-Gürtel wurde in Altersgruppen vergleichbar. Seit der Veröffentlichung dieses Papier hat unsere Fraktion auch die Froude Zahl36 verwendet, um Laufband Geschwindigkeit über Teilnehmer von verschiedenen Höhen37zu normalisieren. Die Froude-Zahl ist eine dimensionslose Parameter verwendet, die Pendel-ähnliche Bewegung des Gehens in den Leuten von verschiedenen Beinlängen und unter verschiedenen Lastbedingungen zu normalisieren. Diese Beziehung besagt, dass walking Geschwindigkeit proportional zur Quadratwurzel der Beinlänge ist. Daher möglicherweise ein besserer Ansatz in Zukunft Geschwindigkeit mit der Quadratwurzel der Beinlänge und nicht absolut Beinlänge skalieren. Während die absolute Laufband Geschwindigkeiten in Split-Gürtel Laufband Protokolle variiert werden können, wird die Wahrung eines einheitlichen Split-Bandgeschwindigkeit Verhältnisses über Teilnehmer empfohlen.

Bisher wurden drei Faktoren in dieser Diskussion als primäre Überlegungen bei der Versuchsplanung Split-Gürtel hervorgehoben: walking-Geschwindigkeit, Ablenkung und Pausen. Dies ist jedoch keine vollständige Liste. Es gibt zahlreiche mögliche Protokoll Modifikationen, von die einige bereits gezeigt worden, um die Anpassung bzw. Nachwirkungen, einschließlich die Hinzufügung oder Entzug von Sinnesreizen26,38,39 beeinflussen ,40, die Rate der Beschleunigung der Laufbänder zu Beginn des Split-Gürtel-Prüfungen27Praxis Struktur29und der Bereitstellung von Feedback während der Anpassung34,41. Nachwirkungen nach Split-Gürtel zu Fuß sind sehr robust und wurden in zahlreichen Studien (z. B. 8,24,25,26,27, repliziert wurde 28,29 , 35). wenn dieses Protokoll nicht robust Nachwirkungen führt, mögliche Ursachen sind zerebelläre Schäden oder unreife21,35,42, unzureichende Anpassung Drehzahlverhältnisse oder unsachgemäße Auswahl an gebunden-Bandgeschwindigkeiten Nachwirkungen zu testen (siehe Diskussion Abschnitt (a) und 25,28).

Einschränkungen dieser Technik

Es ist wichtig zu erkennen, dass die Split-Gürtel-Laufband die Fähigkeit wertet, eine Art des motorischen Lernens durchzuführen. Speziell, wertet es Bewegungsorgane Anpassung, definiert die Terminologie der Martin Et al. 9 als die schrittweise, Trial-and-Error-Prozess eine gut gelernte Bewegung (z.B.walking) als Reaktion auf einen Roman sind Zusammenhang oder Umfeld (z.B. Split-Gürtel Laufband) zu ändern. Das heißt, Bewegungsorgane Anpassung als eine Komponente des motorischen Lernens betrachtet werden kann, aber gibt es auch viele andere Mechanismen für das Erlernen einer neuen Bewegung.

Ebenso gibt es mehrere Möglichkeiten zur Quantifizierung der Bewegungsorgane Anpassung einschließlich Bewertung der Gangart Kinematik8,10, Kinetik11,12,13,14 , Elektromyographie6,15,16und Wahrnehmung der Gangart Asymmetrie7,17,18,19. Das obige Protokoll beschränkt sich auf Diskussion der Schrittlänge und Doppelständer-Zeit, da diese Maßnahmen vor allem unsere Forschungsfrage in Hamzey Et Al. behandelt 25 bezüglich der räumlichen und zeitlichen Verallgemeinerung der Bewegungsorgane Anpassung schrittweise. Während eine umfassende Diskussion über jede Maßnahme der Bewegungsorgane Anpassung über den Rahmen dieses Papiers ist, gibt es eine Vielzahl von alternativen Split-Gürtel-Laufband-Protokollen und Zielparameter, von denen jeder kann verwendet werden, um einzigartige Hypothesen zu bewerten.

Eine weitere Einschränkung des Laufbandes Split-Gürtel ist, dass viele häufig verwendete Maßnahmen der Gangart Anpassung (z.B. Schrittlänge) zu diskreten Zeitpunkten (z.B. Fersenauftritt) erfasst werden. Allerdings ist eine kontinuierliche Bewegung und Anpassung ist ein fortlaufender Prozess, der auftritt, während des Gehens. Viele Methoden zur Quantifizierung Anpassung reduzieren somit einen kontinuierlichen Prozess bis zu diskreten Zeitpunkten. Dies ist möglicherweise ein Problem in der rechnerische Modellierung, wo ist der zeitliche Verlauf der Anpassung eine wichtige Variable (siehe Diskussion Abschnitt (e) für mehr Details über rechnergestützte Modellierung von Anpassung).

Bedeutung der Technik in Bezug auf bestehende/Alternative Methoden

Dies ist zwar nicht die einzige Methode mit der Studie Bewegungsorgane Anpassung zu lernen (z.B.auch siehe 43,44,45,46,47, 48,49,50), Split-Gürtel Laufband Paradigma hat viele stärken. Erstens das Split-Gürtel-Laufband ist Roman für die meisten Menschen und es ist leicht zu Bildschirm Menschen für Split-Gürtel Laufband Erfahrungen. Dies ermöglicht die Untersuchung der Anpassung an eine wirklich neuartige Störung, anders als das Bein, stolpern, Gewichtung oder verstärkt über Hindernisse, welche reifsten, terrestrische, vierbeinigen Tiere vor erlebt haben. Zweitens, es erfordert keine Anweisung, also sehr junge Kinder31,35,42 und Menschen mit begrenzten freiwillige Motor kontrollieren (z. B.nach Schlaganfall oder Verletzungen)23, 51 , 52 können weiterhin diese Aufgabe durchführen. In der Tat, Menschen mit asymmetrischen Gang nach Schlaganfall kann sogar Erfahrung langfristige Vorteile in unmittelbarer Abstimmung nach wiederholten Split-Gürtel-Laufband training53. Zusammenfassend lässt sich sagen das Split-Gürtel-Laufband bietet eine leistungsstarke Technik um Bewegungsorgane Anpassung über viele verschiedene Bevölkerungsgruppen mit unterschiedlichen motorischen Erfahrungen zu studieren, und bietet sogar die Möglichkeit, einen therapeutischen Nutzen zu einigen.

Zukünftige Anwendungen oder Richtung nach Beherrschung dieser Technik

Es gibt viele Fragen, die ungelöst über Faktoren, die beeinflussen Split-Gürtel Laufband Anpassung, einschließlich einige Punkte, die im Abschnitt Protokoll entstanden sind. Zum Beispiel die Auswirkungen der Art der Armbewegung (z.B.Bars versus Schwenkarmen natürlich festhalten) und die Auswirkungen der Bein-Dominanz auf Bewegungsapparates Anpassung haben nicht noch gründlich untersucht worden (obwohl siehe 54). Außerdem, während eine wachsende Zahl von Rechenarbeit begonnen hat, um die Prozesse der Bewegungsorgane Anpassung10,55,56,57zu modellieren, ist dieser Bereich der Untersuchung noch unterentwickelt im Vergleich zu rechnerische Modellierung der oberen Extremität oder Auge Bewegung (d.h. Saccade) Anpassungen. Diese Ungleichheit ist teilweise zu Fuß wird eine komplizierte Bewegung als erreichen oder Auge Sakkaden, denn es zwei Glieder, mehrere Gelenke beinhaltet und andere Systeme im Zusammenhang mit posturale Kontrolle und Stabilität greift. Die zunehmenden Schwierigkeiten der Modellierung zu Fuß Daten ist auch aufgrund der Tatsache, dass walking eine kontinuierliche Bewegung ist während erreichen und Sakkaden diskrete Bewegungen sind. Die ersten Reach oder Augenbewegungen im Anpassung Block ist bezeichnend für die Teilnehmer erste Reaktion auf die veränderten sensomotorischen Parameter der Aufgabe. Im Gegensatz dazu erhält man der ersten Datenpunkt für walking Anpassung erst, wenn das Laufband 80 % von die Solldrehzahl erreicht hat. Während das Laufband zu beschleunigen wird, sind die Beine sammeln Informationen über die relative Geschwindigkeit des Bandes noch bevor Datenerhebung initiiert wird. So mit der Zeit der ersten Datenpunkt im walking Anpassung entstanden ist, hat die Person bereits Informationen über die Anpassung Aufgabe erhalten. Je nachdem, wie schnell Menschen Gangart Koordination zu diesen Informationen einstellen können können vor der ersten analysierbar Schritte Anpassungsprozesse auftreten. Dies bewirkt, dass die erste Reaktion auf Split-Gürtel mit wiederholte Exposition29 und in verschiedenen Teilnehmergruppen52des Modellierungsprozesses Schwierigkeit hinzu, da der Ausgangspunkt nicht immer dasselbe zu ändern. Dennoch hat einige sehr interessante Rechenarbeit begonnen, entstehenSUP-Klasse = "Xref" > 10,55,56,57, die wahrscheinlich das Feld bereichern und generieren Vorhersagen darüber, wie Menschen in verschiedenen Variationen des Split-Gürtel Laufband Protokolls in Zukunft reagieren werden.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde durch einen American Heart Association Wissenschaftler Entwicklung Grant (#12SDG12200001), E. Vasudevan finanziert. R. Hamzeys aktuelle Zugehörigkeit ist Department of Mechanical Engineering, Boston University, Boston, MA, USA. E. Kirk aktuelle Zugehörigkeit ist der MGH Institute of Health Professions-Abteilung für physikalische Therapie.

Materials

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

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References

  1. Kulagin, A. S., Shik, M. L. Interaction of symmetric extremities during controlled locomotion. Biofizika. 15 (1), 164-170 (1970).
  2. Halbertsma, J. M. The stride cycle of the cat: the modelling of locomotion by computerized analysis of automatic recordings. Acta Physiol Scand Suppl. 521, 1-75 (1983).
  3. Forssberg, H., Grillner, S., Halbertsma, J., Rossignol, S. The locomotion of the low spinal cat. II. Interlimb coordination. Acta Physiol Scand. 108 (3), 283-295 (1980).
  4. Foth, E., Bassler, U. Leg movements of stick insects walking with five legs on a treadwheel and with one leg on a motor-driven belt. II. Leg coordination when step-frequencies differ from leg to leg. Biol Cybern. 51 (5), 319-324 (1985).
  5. Thelen, E., Ulrich, B. D., Niles, D. Bilateral coordination in human infants: stepping on a split-belt treadmill. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 13 (3), 405-410 (1987).
  6. Dietz, V., Zijlstra, W., Duysens, J. Human neuronal interlimb coordination during split-belt locomotion. Exp Brain Res. 101 (3), 513-520 (1994).
  7. Jensen, L., Prokop, T., Dietz, V. Adaptational effects during human split-belt walking: influence of afferent input. Exp Brain Res. 118 (1), 126-130 (1998).
  8. Reisman, D. S., Block, H. J., Bastian, A. J. Interlimb coordination during locomotion: what can be adapted and stored? J Neurophysiol. 94 (4), 2403-2415 (2005).
  9. Martin, T. A., Keating, J. G., Goodkin, H. P., Bastian, A. J., Thach, W. T. Throwing while looking through prisms. II. Specificity and storage of multiple gaze-throw calibrations. Brain. 119 (Pt 4), 1199-1211 (1996).
  10. Malone, L. A., Bastian, A. J., Torres-Oviedo, G. How does the motor system correct for errors in time and space during locomotor adaptation? J Neurophysiol. 108 (2), 672-683 (2012).
  11. Lauziere, S., et al. Plantarflexion moment is a contributor to step length after-effect following walking on a split-belt treadmill in individuals with stroke and healthy individuals. J Rehabil Med. 46 (9), 849-857 (2014).
  12. Mawase, F., Haizler, T., Bar-Haim, S., Karniel, A. Kinetic adaptation during locomotion on a split-belt treadmill. J Neurophysiol. 109 (8), 2216-2227 (2013).
  13. Ogawa, T., Kawashima, N., Obata, H., Kanosue, K., Nakazawa, K. Distinct motor strategies underlying split-belt adaptation in human walking and running. PLoS One. 10 (3), e0121951 (2015).
  14. Roemmich, R. T., Hack, N., Akbar, U., Hass, C. J. Effects of dopaminergic therapy on locomotor adaptation and adaptive learning in persons with Parkinson's disease. Behav Brain Res. 268, 31-39 (2014).
  15. Betschart, M., Lauziere, S., Mieville, C., McFadyen, B. J., Nadeau, S. Changes in lower limb muscle activity after walking on a split-belt treadmill in individuals post-stroke. J Electromyogr Kinesiol. 32, 93-100 (2017).
  16. Maclellan, M. J., et al. Muscle activation patterns are bilaterally linked during split-belt treadmill walking in humans. J Neurophysiol. 111 (8), 1541-1552 (2014).
  17. Hoogkamer, W., et al. Gait asymmetry during early split-belt walking is related to perception of belt speed difference. J Neurophysiol. 114 (3), 1705-1712 (2015).
  18. Vazquez, A., Statton, M. A., Busgang, S. A., Bastian, A. J. Split-belt walking adaptation recalibrates sensorimotor estimates of leg speed but not position or force. J Neurophysiol. 114 (6), 3255-3267 (2015).
  19. Wutzke, C. J., Faldowski, R. A., Lewek, M. D. Individuals Poststroke Do Not Perceive Their Spatiotemporal Gait Asymmetries as Abnormal. Phys Ther. 95 (9), 1244-1253 (2015).
  20. Jayaram, G., Galea, J. M., Bastian, A. J., Celnik, P. Human locomotor adaptive learning is proportional to depression of cerebellar excitability. Cereb Cortex. 21 (8), 1901-1909 (2011).
  21. Morton, S. M., Bastian, A. J. Cerebellar contributions to locomotor adaptations during splitbelt treadmill walking. J Neurosci. 26 (36), 9107-9116 (2006).
  22. Jayaram, G., et al. Modulating locomotor adaptation with cerebellar stimulation. J Neurophysiol. 107 (11), 2950-2957 (2012).
  23. Reisman, D. S., Wityk, R., Silver, K., Bastian, A. J. Split-belt treadmill adaptation transfers to overground walking in persons poststroke. Neurorehabil Neural Repair. 23 (7), 735-744 (2009).
  24. Choi, J. T., Bastian, A. J. Adaptation reveals independent control networks for human walking. Nat Neurosci. 10 (8), 1055-1062 (2007).
  25. Hamzey, R. J., Kirk, E. M., Vasudevan, E. V. Gait speed influences aftereffect size following locomotor adaptation, but only in certain environments. Exp Brain Res. 234 (6), 1479-1490 (2016).
  26. Torres-Oviedo, G., Bastian, A. J. Seeing is believing: effects of visual contextual cues on learning and transfer of locomotor adaptation. J Neurosci. 30 (50), 17015-17022 (2010).
  27. Torres-Oviedo, G., Bastian, A. J. Natural error patterns enable transfer of motor learning to novel contexts. J Neurophysiol. 107 (1), 346-356 (2012).
  28. Vasudevan, E. V., Bastian, A. J. Split-belt treadmill adaptation shows different functional networks for fast and slow human walking. J Neurophysiol. 103 (1), 183-191 (2010).
  29. Malone, L. A., Vasudevan, E. V., Bastian, A. J. Motor adaptation training for faster relearning. J Neurosci. 31 (42), 15136-15143 (2011).
  30. Musselman, K. E., Roemmich, R. T., Garrett, B., Bastian, A. J. Motor learning in childhood reveals distinct mechanisms for memory retention and re-learning. Learn Mem. 23 (5), 229-237 (2016).
  31. Yang, J. F., Lamont, E. V., Pang, M. Y. Split-belt treadmill stepping in infants suggests autonomous pattern generators for the left and right leg in humans. J Neurosci. 25 (29), 6869-6876 (2005).
  32. Roemmich, R. T., Bastian, A. J. Two ways to save a newly learned motor pattern. J Neurophysiol. 113 (10), 3519-3530 (2015).
  33. Malone, L. A., Bastian, A. J. Age-related forgetting in locomotor adaptation. Neurobiol Learn Mem. 128, 1-6 (2016).
  34. Malone, L. A., Bastian, A. J. Thinking about walking: effects of conscious correction versus distraction on locomotor adaptation. J Neurophysiol. 103 (4), 1954-1962 (2010).
  35. Vasudevan, E. V., Torres-Oviedo, G., Morton, S. M., Yang, J. F., Bastian, A. J. Younger is not always better: development of locomotor adaptation from childhood to adulthood. J Neurosci. 31 (8), 3055-3065 (2011).
  36. Alexander, R. M. Optimization and gaits in the locomotion of vertebrates. Physiol Rev. 69 (4), 1199-1227 (1989).
  37. Vasudevan, E. V., Patrick, S. K., Yang, J. F. Gait Transitions in Human Infants: Coping with Extremes of Treadmill Speed. PLoS One. 11 (2), e0148124 (2016).
  38. Eikema, D. J., et al. Optic flow improves adaptability of spatiotemporal characteristics during split-belt locomotor adaptation with tactile stimulation. Exp Brain Res. 234 (2), 511-522 (2016).
  39. Mukherjee, M., et al. Plantar tactile perturbations enhance transfer of split-belt locomotor adaptation. Exp Brain Res. 233 (10), 3005-3012 (2015).
  40. Finley, J. M., Statton, M. A., Bastian, A. J. A novel optic flow pattern speeds split-belt locomotor adaptation. J Neurophysiol. 111 (5), 969-976 (2014).
  41. Long, A. W., Roemmich, R. T., Bastian, A. J. Blocking trial-by-trial error correction does not interfere with motor learning in human walking. J Neurophysiol. 115 (5), 2341-2348 (2016).
  42. Musselman, K. E., Patrick, S. K., Vasudevan, E. V., Bastian, A. J., Yang, J. F. Unique characteristics of motor adaptation during walking in young children. J Neurophysiol. 105 (5), 2195-2203 (2011).
  43. Gordon, C. R., Fletcher, W. A., Melvill Jones, G., Block, E. W. Adaptive plasticity in the control of locomotor trajectory. Exp Brain Res. 102 (3), 540-545 (1995).
  44. Savin, D. N., Tseng, S. C., Morton, S. M. Bilateral adaptation during locomotion following a unilaterally applied resistance to swing in nondisabled adults. J Neurophysiol. 104 (6), 3600-3611 (2010).
  45. Lam, T., Wirz, M., Lunenburger, L., Dietz, V. Swing phase resistance enhances flexor muscle activity during treadmill locomotion in incomplete spinal cord injury. Neurorehabil Neural Repair. 22 (5), 438-446 (2008).
  46. Yen, S. C., Schmit, B. D., Wu, M. Using swing resistance and assistance to improve gait symmetry in individuals post-stroke. Hum Mov Sci. 42, 212-224 (2015).
  47. Lam, T., Anderschitz, M., Dietz, V. Contribution of feedback and feedforward strategies to locomotor adaptations. J Neurophysiol. 95 (2), 766-773 (2006).
  48. Handzic, I., Barno, E. M., Vasudevan, E. V., Reed, K. B. Design and Pilot Study of a Gait Enhancing Mobile Shoe. Paladyn. 2 (4), (2011).
  49. Haddad, J. M., van Emmerik, R. E., Whittlesey, S. N., Hamill, J. Adaptations in interlimb and intralimb coordination to asymmetrical loading in human walking. Gait Posture. 23 (4), 429-434 (2006).
  50. Noble, J. W., Prentice, S. D. Adaptation to unilateral change in lower limb mechanical properties during human walking. Exp Brain Res. 169 (4), 482-495 (2006).
  51. Choi, J. T., Vining, E. P., Reisman, D. S., Bastian, A. J. Walking flexibility after hemispherectomy: split-belt treadmill adaptation and feedback control. Brain. 132 (Pt 3), 722-733 (2009).
  52. Vasudevan, E. V., Glass, R. N., Packel, A. T. Effects of traumatic brain injury on locomotor adaptation. J Neurol Phys Ther. 38 (3), 172-182 (2014).
  53. Reisman, D. S., McLean, H., Keller, J., Danks, K. A., Bastian, A. J. Repeated split-belt treadmill training improves poststroke step length asymmetry. Neurorehabil Neural Repair. 27 (5), 460-468 (2013).
  54. MacLellan, M. J., Qaderdan, K., Koehestanie, P., Duysens, J., McFadyen, B. J. Arm movements during split-belt walking reveal predominant patterns of interlimb coupling. Hum Mov Sci. 32 (1), 79-90 (2013).
  55. Finley, J. M., Long, A., Bastian, A. J., Torres-Oviedo, G. Spatial and Temporal Control Contribute to Step Length Asymmetry During Split-Belt Adaptation and Hemiparetic Gait. Neurorehabil Neural Repair. 29 (8), 786-795 (2015).
  56. Roemmich, R. T., Long, A. W., Bastian, A. J. Seeing the Errors You Feel Enhances Locomotor Performance but Not Learning. Curr Biol. 26 (20), 2707-2716 (2016).
  57. Mawase, F., Shmuelof, L., Bar-Haim, S., Karniel, A. Savings in locomotor adaptation explained by changes in learning parameters following initial adaptation. J Neurophysiol. 111 (7), 1444-1454 (2014).

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Verhalten Ausgabe 126 Fortbewegung motorische Anpassung motorischen Lernens Kraftspeicher interlimb Koordination Verallgemeinerung Gang gehen Split-Gürtel-Laufband
Verwenden eine Split-Gürtel-Laufband zum Verallgemeinerung des menschlichen Bewegungsapparates Anpassung auswerten
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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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