Summary
Hier bieten wir ein Protokoll an, das es dem Benutzer ermöglicht, die Erschwinglichkeiten und/oder Einschränkungen von Bewegungen, die für die Wiederherstellung des Gleichgewichts nach haltungsbedingten Störungen relevant sind, selektiv zu ändern.
Abstract
Die Bewertung des reaktiven Gleichgewichts setzt traditionell eine Art von Störung gegenüber aufrechter Haltung oder Gangart auf, gefolgt von der Messung des resultierenden Korrekturverhaltens. Zu diesen Maßnahmen gehören Muskelreaktionen, Gliedmaßenbewegungen, Bodenreaktionskräfte und sogar direkte neurophysiologische Maßnahmen wie Elektroenzephalographie. Mit diesem Ansatz können Forscher und Kliniker einige Grundprinzipien in Bezug darauf, wie das Nervensystem das Gleichgewicht steuert, um einen Sturz zu vermeiden, ableiten. Eine Einschränkung bei der Art und Weise, wie diese Bewertungen derzeit verwendet werden, ist, dass sie reflexive Handlungen stark betonen, ohne dass automatische Haltungsreaktionen revidiert werden müssen. Eine solche ausschließliche Fokussierung auf diese hochstereotypischen Reaktionen würde nicht angemessen darauf eingehen, wie wir diese Reaktionen im Bedarfsfall ändern können (z. B. Vermeidung eines Hindernisses mit einem Erholungsschritt). Dies scheint ein eklatantes Versäumnis zu sein, wenn man die enorme Komplexität der Umgebungen bedenkt, mit denen wir täglich konfrontiert sind. Insgesamt lässt der Status quo bei der Bewertung der neuronalen Steuerung des Gleichgewichts nicht wirklich offen, wie höhere Gehirnressourcen dazu beitragen, Stürze in komplexen Umgebungen zu verhindern. Das vorliegende Protokoll bietet eine Möglichkeit, die Unterdrückung automatischer, aber unangemessener Korrekturbilanzreaktionen zu verlangen und eine Auswahl unter alternativen Aktionsoptionen zu erzwingen, um das Gleichgewicht nach der Haltungsstörung erfolgreich wiederherzustellen.
Introduction
Trotz der erkannten Korrelation zwischen Stürzen und kognitivem Verfall1,2,3, besteht eine große Lücke im Verständnis, was das Gehirn tatsächlich tut, um uns zu helfen, einen Sturz zu vermeiden. Theoretisch würden kognitive Anforderungen mit zunehmender Umweltkomplexität und in Situationen, in denen wir instinktives Verhalten revidieren müssen, akzentuiert. Jedoch, die meisten Balance-Tests nicht effektiv zu besteuern höhere Gehirnfunktion, stattdessen betont reflexive Rechte Reaktionen. Während Faktoren wie die Reaktionsgeschwindigkeit unerlässlich sind, um einen Sturz zu verhindern, können zusätzliche kognitive Faktoren, wie hemmende Kontrolle und/oder die Fähigkeit, geeignete Maßnahmen basierend auf einem bestimmten Kontext auszuwählen, auch in bestimmten Situationen wichtig sein. Als Ergebnis, ein Grund, warum wir nicht verstehen, die Rolle des Gehirns im reaktiven Gleichgewicht ist aufgrund von Forschungsprotokollen derzeit in Gebrauch. Rogers et al. haben vor kurzem die verschiedenen Methoden zusammengefasst, in denen die Balancekontrolle mit Hilfe externer Störung 4 bewertetwurde. Zu diesen Methoden gehören Plattformübersetzung, Neigungen und/oder Tropfen sowie die Verwendung automatisierter Systeme, die die Haltungsunterstützung pushen, ziehen oder entfernen. Trotz der großen Vielfalt an Techniken, die verwendet werden, um das aufrechte Gleichgewicht zu stören, werden die sich daraus ergebenden Korrekturreaktionen fast immer in einer ungehinderten Umgebung durchgeführt, wodurch Bewegungseinschränkungen minimiert werden. Hier schlagen wir eine Methode vor, bei der kognitive Prozesse erforderlich sind, um präpotente Aktionen zu überschreiben und geeignete Antworten unter Alternativen in einer reaktiven Balance-Aufgabe auszuwählen.
Eine gängige Möglichkeit, das reaktive Gleichgewicht zu testen, besteht darin, relativ kleine Haltungsstörungen aufzuerlegen, die mit einer festen Unterstützungsreaktion (typischerweise Feet-in-Place) gegendiengefährdet werden können5,6,7,8,9. Vergleichsweise weniger Studien haben sich auf Änderungs-of-Support-Balance-Reaktionen als Reaktion auf Störungen über Taillenzüge, Plattformübersetzung und Freigabe von einem Stützkabel konzentriert Als Beispiel siehe Mansfield et al.10. Die Bedeutung der letztgenannten Gruppe kann geschätzt werden, indem man erkennt, dass, wenn Störungen groß sind, Veränderung der Unterstützung Reaktionen die einzige Option sind, um Stabilität wiederherzustellen11. In der Tat, auch für kleinere Störungen, die mit Füßen-in-Ort -Strategien (d. h. Hüfte und/oder Knöchel) Strategien verwaltet werden könnten, menschenziehen es häufig, zu treten, wenn die Wahlgegeben 11. Der Wert, solche Veränderungsreaktionen zu untersuchen, liegt nicht nur darin, dass einer größeren Größe der Störung entgegengewirkt werden muss, sondern auch in den Herausforderungen, die sich bei der Neupositionierung der Gliedmaßen ergeben, um eine neue Stützbasis zu schaffen. Das Vorhandensein von Erschwinglichkeiten und/oder Handlungseinschränkungen ist ein regelmäßiger Bestandteil vieler realen Umgebungen. Dies erzwingt einen Auswahlprozess, um eine neue Unterstützungsbasis zu schaffen, wenn ein Gleichgewichtsverlust auftritt. Um das Verhalten an komplexe Umgebungen anzupassen, steigt die Nachfrage nach höheren Gehirnressourcen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Gliedmaßen eine neue Unterstützungsbasis schaffen müssen. Kognitive Rollen im reaktiven Gleichgewicht hervorzuheben und zu entlarven, erscheint logisch, unübersichtliche sende mittels wieder einzuführen und eine Strategie der Änderung der Unterstützung mit den Gliedmaßen zu erzwingen.
Eine einfache Möglichkeit, eine extern induzierte Haltungsstörung zu liefern, ist die Lean & Release-Technik, bei der ein Individuum plötzlich von einer unterstützten Vorwärtsneigung befreit wird. Dieser Ansatz ermöglicht die Beurteilung von Kompensationsreaktionen, um einen Vorwärtsabfall zu vermeiden und wurde erfolgreich sowohl in gesunden als auch in klinischen Populationen12,13,14eingesetzt. Obwohl die Lean & Release-Technik etwas einfach ist, bietet sie wertvolle Einblicke in die Fähigkeit des reaktiven Gleichgewichts (z. B. wie schnell jemand einen Wiederherstellungsschritt initiieren oder die Anzahl der Schritte bestimmen kann, die erforderlich sind, um die Stabilität wiederherzustellen). Für die gegenwärtigen Zwecke bietet die Lean & Release-Technik eine einfache Möglichkeit, kognitive Rollen im reaktiven Gleichgewicht zu untersuchen, da viele der Störeigenschaften konstant gehalten werden. Dies ermöglicht eine bessere experimentelle Kontrolle über Variablen, die speziell für die Aktionsauswahl und Diereaktionshemmung relevant sind. Während andere Modi der haltungsgestörten Entwicklung in der Regel auf Unvorhersehbarkeit in Bezug auf Störrichtung, Amplitude und Timing angewiesen sind, ist die Umgebung immer konstant. Selbst in Studien, in denen Beinblöcke verwendet wurden, um Reichweitenreaktionen zu betonen15 sind die Blöcke fixiert, ohne dass es notwendig ist, Schrittverhalten schnell anzupassen, basierend auf dem Vorhandensein oder Fehlen eines Beinblocks. Mit der derzeit vorgeschlagenen Methode können wir die Umgebung so verändern, dass Verhaltensanpassungen gefordert werden, um einen Sturz zu vermeiden.
Jenseits von Laboreinstellungen, die kognitive Rollen im reaktiven Gleichgewicht unzureichend aussetzen, ist ein weiteres wichtiges Problem eine starke Abhängigkeit von externen Maßnahmen wie Muskeleinwirkung, Bodenreaktionskräften und Video-Bewegungserfassung, um neuronale Prozesse abzuleiten. Obwohl diese Maßnahmen wertvoll sind, bietet die ausschließliche Abhängigkeit von solchen Maßnahmen keinen direkten Einblick in die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen, die zum Gleichgewicht beitragen. Dieses Problem wird noch verschärft, wenn man bedenkt, dass vieles von dem, was das Gehirn tun kann, um einen Sturz in komplexen Umgebungen zu verhindern, wahrscheinlich vor dem Fall passiert. Die prädiktiven Rollen bei der Sturzprävention wurden in letzter Zeit ausführlicher diskutiert16. Forschungsrichtungen umfassen die Vorhersage zukünftiger Instabilität17, das Erstellen von visuospatialen Karten, während wir uns durch unsere Umgebung bewegen18, und möglicherweise die Bildung von Eventualitäten auf der Grundlage der Umwelt auch ohne Vorherwissen über einen Fall19. Eine solche Zubereitung zu enthüllen, wäre ohne den Einsatz direkter neurophysiologischer Sonden völlig unzugänglich.
Der modifizierte Lean & Release-Ansatz, wie er derzeit vorgeschlagen wird, bietet ein Mittel, um einige der genannten Einschränkungen zu überwinden. Dies geschieht mithilfe eines Testszenarios, in dem die Gliedmaßen erforderlich sind, um eine neue Unterstützungsbasis in einer wahlwältigen Umgebung zu schaffen. Ergänzt wird dieser Ansatz durch direkte Messungen der Hirnaktivität (z. B. transkranielle Magnetstimulation, TMS) sowohl vor als auch nach der Haltungsstörung, die externe Messungen der Kraftproduktion und Bewegungserfassung ergänzen kann. Diese Kombination von experimentellen Merkmalen stellt eine wichtige Innovation auf dem Gebiet dar, um zu zeigen, wie das Gehirn zum Gleichgewicht in komplexen Umgebungen beiträgt, in denen Die Reaktionshemmung und die Auswahl von Aktionen zwischen Optionen erforderlich sind, um einen Sturz zu verhindern. Hier zeigen wir eine neuartige Methode zum Testen des reaktiven Gleichgewichts in einer Umgebung, die die Notwendigkeit für kognitive Prozesse betont, das Verhalten anzupassen, um einen Sturz zu vermeiden. Die Kombination von Hindernissen und Handlungsbedarfen zwingt zu einer Reaktionshemmung, gezielten Maßnahmen und der Auswahl von Reaktionen unter den Optionen. Darüber hinaus zeigen wir eine präzise zeitliche Kontrolle über den visuellen Zugriff, das Timing neuronaler Sonden, die Änderung der Reaktionsumgebung und den Beginn der Haltungsstörung.
Protocol
Alle Verfahren wurden vom Institutional Review Board der Utah State University genehmigt und gemäß der Erklärung von Helsinki durchgeführt.
1. Teilnehmer-Screening
- Lassen Sie die Teilnehmer vor der Prüfung schriftlich ihre Zustimmung zu den Verfahren einräumen.
- Für Tests mit TMS, Screen-Teilnehmer vor dem Testen, um ihre Eignung für TMS unter Verwendung von Richtlinien von einer Gruppe von Experten20entwickelt beurteilen.
2. Datenerfassung: Elektromyographie (EMG)
- EMG mit Oberflächenelektroden aufzeichnen und Signale verstärken (Verstärkung = 1.000; siehe Materialtabelle).
- Erfassen Sie Daten und Bandpassfilter (10–1.000 Hz) über eine Datenerfassungsschnittstelle und entsprechende Software (siehe Tabelle der Materialien). Verwenden Sie dieses Gerät und diese Software, um die verschiedenen Motoren, Kabelentriegelungen und Okklusionsbrillen zu steuern, wie weiter unten in den Methoden beschrieben.
- Die Hautoberfläche sanft abschleifen und mit Alkohol über die Zielmuskelpositionen wischen. Fixieren Sie die Oberfläche EMG Elektroden auf die Zielmuskeln mit beidseitigem Klebeband, und weiter sicher mit Prewrap, um sicherzustellen, dass die Elektroden fixiert bleiben, vor allem bei schnellen Reaktionen mit den Armen und Beinen.
- Sammeln Sie EMG-Daten von zwei intrinsischen Handmuskeln an der rechten Hand (erste dorsale interosseus, FDI und opponens pollicus, OP) und Knöcheldorsiflexoren an beiden Beinen (tibialis anterior, TA).
HINWEIS: Diese speziellen Muskeln wurden aufgrund ihrer Relevanz für eine Reichweiten-zu-Griff-Aktion oder einen Vorwärtsschritt ausgewählt, aber andere Muskeln konnten bei Bedarf ausgewählt werden.
3. Waagenprüfgeräte
Abbildung 1. Lean & Release Setup mit Beinblöcken. In diesem Beispiel wird ein Beinblock in der offenen Position gesetzt, während der andere so eingestellt ist, dass ein Schritt verhindert wird. Diese Blöcke werden über computergesteuerte Motoren (graue Kästen an den Stützpfosten) bewegt. Griffabdeckungen werden auch auf einen Block verschoben oder ermöglichen eine Reichweitenantwort. Hier werden die Abdeckungen getrennt, um eine vollständige Ansicht des Griffs zu ermöglichen. Der Auslösemagnet ist an der Rückwand sichtbar. Die gesamte Verdrahtung wird durch die Holzplattform selbst gespeist und gelangt in die graue Schaltbox in der hinteren Ecke. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Abbildung 2. Lean & Release Setup mit Kraftplatten. Diese Abbildung zeigt, wie drei Kraftplatten optional in die Holzplattform eingebettet werden können. Wenn keine Kraftplatten erforderlich sind, können Holzstecker aufgestellt werden. Diese Stecker sind sichtbar und lehnen an der Seitenwand. Dieses Bild zeigt auch den Sicherheitsgurt, der von den Teilnehmern getragen wird. Dieser Gurt ist an der Decke befestigt, um als Sicherheitsmechanismus zu fungieren, sollte der Teilnehmer sein Gleichgewicht nicht allein wiederherstellen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
- Modifiziertes Lean & Release System
- Verwenden Sie ein maßgeschneidertes Lean & Release-Kabelsystem, um Vorwärtsstörungen aufzuerlegen (siehe Abbildung 1 und Abbildung 2).
- Lassen Sie die Teilnehmer in einer nach vorne schlanken Position stehen, wobei ihre Füße etwa Hüftbreite auseinander liegen (siehe Abbildung 3). Halten Sie diese vorwärts schlank mit einem Körperkabel an einem Kabel befestigt, die dann an der Wand hinter ihnen befestigt wird. Befestigen Sie das Kabel an der Rückseite des Kabelbaums (ca. midthoracic Level). Befestigen Sie das Stützkabel an der Wand durch einen Magneten. Der Magnet wird kurz deaktiviert, um das Kabel zu lösen.
- Machen Sie die spezifischen Testverfahren (d. h. wenn das Kabel gelöst wird und der Beginn der Kabelfreigabe) für den Teilnehmer unvorhersehbar. Steuern Sie das genaue Timing der Kabelfreigabe über Computerbefehle, die in eine Softwarekonfiguration voreingestellt sind. Diese Konfiguration ermöglicht die Steuerung des Timings der Kabelfreigabe, sodass sie versuchsweise randomisiert werden kann.
HINWEIS: Die Softwarekonfiguration, die alle experimentellen Geräte steuert (z. B. das Auslösen des Motors, um einen Beinblock zu positionieren), legt die spezifische Testbedingung fest (z. B. wenn ein Beinblock vorhanden ist oder nicht). Dies kann programmiert werden, um Bedingungen zu randomisieren oder sie in Blöcken zu liefern, um den Grad der Vorhersehbarkeit zu kontrollieren. - Zusätzlich zu diesem Freigabekabel an der Rückseite des Kabelbaums befestigt, sichern Sie die Teilnehmer an einem Stützkabel, das von der Decke hängt. Dieses ausfallsichere Kabel bietet keine Körpergewichtsunterstützung, es sei denn, dies ist unbedingt erforderlich. Wenn ein Teilnehmer nicht in der Lage ist, das Gleichgewicht selbst wiederherzustellen, fängt das Kabel ihn, bevor er zu Boden fällt.
- Aufgrund der Bedeutung zuverlässiger visueller Informationen stellen Sie sicher, dass die Teilnehmer den Griff und den Beinblock tatsächlich sehen können, wenn sie die Brille tragen. Beginnen Sie jede Studie, indem Sie die Teilnehmer anweisen, direkt auf einen festen Punkt auf dem Boden zu schauen, etwa 3 m vor ihnen, während sie ihren Kopf in einer bequemen Position halten. Positionieren Sie die Teilnehmer so, dass ihr Blick so eingestellt ist, dass der Griff im peripheren Gesichtsfeld und der obere Teil des Hindernisses angezeigt wird.
- Positionieren Sie den Körper, um sicherzustellen, dass sich der Griff in einem greifbaren Bereich befindet. Lassen Sie den Teilnehmer nach vorne lehnen, während beide Füße mit dem Boden in Kontakt bleiben. Dies erfordert eine Rotation um den Knöchel, während der Rest des Körpers in einer geraden Linie bleibt.
- Bestimmen Sie die spezifische schlanke Position als minimalen Lean-Winkel, bei dem ein Vorwärtsschritt erforderlich ist, um das Gleichgewicht wiederherzustellen, wenn das Kabel gelöst wird. Dies ist ein iterativer Prozess, um einen Schwellenwinkel am Sprunggelenk zu finden, der der Winkel ist, in dem der Teilnehmer nicht mehr in der Lage ist, einen Vorwärtssturz mit einer Fuß-in-Place-Reaktion zu verhindern. Sobald dies festgestellt ist, überprüfen Sie den mageren Winkel während der Tests mit Goniometrie.
- Erschwinglichkeit und Einschränkungen für Ausgleichssaldoreaktionen
- Befestigen Sie einen Sicherheitsgriff an der Wand neben den Teilnehmern auf der rechten Seite. Verwenden Sie eine motorisierte Abdeckung, um den Zugriff auf diesen Griff zu steuern. Wenn der Griff aufgedeckt wird, wenn die Teilnehmer von ihrer unterstützten Vorwärtslehne befreit werden, kann es verwendet werden, um das Gleichgewicht wiederherzustellen.
- Legen Sie bei Versuchen, bei denen der Griff freigelegt wird, einen Beinblock vor die Beine des Teilnehmers. Der Beinblock behindert einen Schritt, ist aber nicht starr an Ort und Stelle gesetzt, was bedeutet, dass er beim Tritt verschoben werden kann. Programmieren Sie den Beinblock, um freie Bewegung zu ermöglichen, und konstruieren Sie ihn mit konformem Material, um Verletzungen zu vermeiden.
HINWEIS: Die Beinblöcke wurden konstruiert, um eine "All-or-none"-Schrittentscheidung zu erzwingen, da sie fast 30 Zoll vom Boden entfernt sind (Mittel-Oberschenkel-Niveau bei den meisten Individuen). Für Forscher, die an einer differenzierteren Blockade eines Wiederherstellungsschritts interessiert sind, könnten diese Geräte so modifiziert werden, dass sie ein kleineres/kürzeres Hindernis verwenden, das dann einen angepassten Schritt zur Beseitigung dieser Geräte ermöglicht. - Verwenden Sie eine schwarze Plane, um den Griff zu bedecken und ihn bei bestimmten Versuchen aus der Sicht zu blockieren. Der Griff bleibt an der gleichen Stelle montiert, wird aber physisch abgedeckt, um einen direkten visuellen Zugriff zu verhindern und um einen unterstützenden Griff zu verhindern. Wenn dieser Stützgriff abgedeckt ist, entfernen Sie den Beinblock, um bei Bedarf eine Schrittreaktion zu ermöglichen.
- Steuerung des Sehens
- Beschränken Sie die Sicht auf den Zeitrahmen kurz vor der Haltungsstörung und -kontrolle über eine Flüssigkristallbrille (siehe Materialtabelle). Wenn die Brille geschlossen ist, verhindert sie den Zugriff auf die visuelle Szene, sodass die Teilnehmer nichts von der bevorstehenden Reaktionsbedingung wissen.
- Ändern Sie die spezifische Konfiguration des Beinblocks und behandeln Sie die Verfügbarkeit für jede Testversion, während die Brille geschlossen ist, sodass die Teilnehmer die Umgebung schnell wahrnehmen müssen, sobald sich die Brille öffnet. Bewegen Sie die Griffabdeckung und den Beinblock über computergesteuerte Servomotoren zu Beginn jeder Studie in Position. Lassen Sie die Teilnehmer Ohrstöpsel tragen und Motoren während der Zeit der visuellen Okklusion kontinuierlich bewegen, um jegliches fortgeschrittenes Cueing für den bevorstehenden Zustand zu vermeiden.
4. Experimentelles Design
- Machen Sie die Teilnehmer vor dem Testen kurz mit dem Griff vertraut und treten Sie aus einer schiefen Position vorwärts.
- Geben Sie den Teilnehmern vollständige Kenntnisse über den bevorstehenden Praxiszustand und stellen Sie sicher, dass keine Unsicherheit besteht. Weisen Sie die Teilnehmer an, dass, sobald die Brille geöffnet ist, sie den Griff bedeckt sehen und der Schrittweg klar sein wird. Kurz darauf wird das Stützkabel losund sein und sie müssen schnell handeln, um nicht nach vorne zu fallen.
- Verwenden Sie ähnliche Anweisungen dazu, ob der Griff zum Greifen zur Vermeidung eines Schritts verfügbar ist oder nicht.
- Weisen Sie die Teilnehmer während des Testens und Übens an, entspannt zu bleiben, es sei denn, sie werden durch ein plötzliches Kabellösen aufgefordert, sich zu bewegen.
HINWEIS: Im Durchschnitt benötigen die Teilnehmer etwa 10 Übungsversuche, bevor die formalen Tests beginnen.
- Ändern Sie die Antworteinstellung zwischen Testversionen nach dem Zufallsprinzip. Wenn die Teilnehmer aus dem Stützkabel gelöst werden, müssen sie die Stabilität wiedererlangen, indem sie entweder nach dem an der Wand montierten Sicherheitsgriff greifen oder nach vorne treten, wenn der Schrittweg frei ist.
- Schließen Sie die Okklusionsbrille immer zu Beginn jeder Prüfung, zu diesem Zeitpunkt wird die Antworteinstellung geändert. Schließen Sie die Brille für einen randomisierten Zeitraum (in der Regel etwa 3–4 s), damit sich die Einstellung ändern kann.
- Wenn sich die Brille öffnet, geben Sie eine von zwei möglichen Antworteinstellungen an: (1) der Beinblock ist vorhanden und der Stützgriff ist vorhanden, oder (2) kein Beinblock ist vorhanden und es ist kein Stützgriff vorhanden.
HINWEIS: Im ersten Zustand ist ein Stützgriff in einem komfortablen Reichweitenabstand verfügbar und der Beinblock verhindert einen Schritt. Diese Einstellung legt einen Kontext fest, in dem die einzige verfügbare Option darin besteht, den verfügbaren Unterstützungsgriff mit dem rechten Arm schnell zu erfassen. Die zweite Bedingung ermöglicht einen Wiederherstellungsschritt und verhindert gleichzeitig die Verwendung des Support-Handles. - Bei Versuchen, bei denen eine Störung auftritt, lassen Sie das Kabel kurz nach dem Öffnen der Brille los. Dieser Verzögerungszeitraum variiert je nach Studienanforderungen, reicht aber von 200 bis 1.000 ms.
- Für einige Versuche, nicht freigeben, um als Fang-Test zu handeln. Dies hilft, vorausschauende Reaktionen zu vermeiden, die nur auf Visionbasieren basieren.
- Lassen Sie jede Studie 10 s dauern, mit einer kurzen Pause zwischen den Versuchen, um den Teilnehmern die Möglichkeit zu geben, bei Bedarf zurückzusetzen. Geben Sie den Teilnehmern eine kurze Ruhezeit zwischen jedem Testblock und lassen Sie sie sitzen. Das grundlegende experimentelle Design ist in Abbildung 3 (unten) dargestellt.
HINWEIS: Die Gesamtzahl der Studien ist an die Bedürfnisse jeder Studie angepasst, umfasst jedoch tendenziell etwa 100 Studien, die auf drei bis vier Testblöcke verteilt sind.
Abbildung 3. TMS-basierte Methode zur Untersuchung der Auswirkungen der Beobachtung von Umwelterschwinglichen und/oder -beschränkungen auf die Motorvorbereitung. OBEN. Ein Lean & Release-Gerät befreite die Teilnehmer auf unvorhersehbare Weise (nur Störtestblöcke). Das Ausmaß der Störung erforderte eine schnelle Änderung der Unterstützungsreaktion, indem entweder der Arm oder das Bein benutzt wurden, um eine stabile Unterstützungsbasis wiederherzustellen, indem entweder zu einem sicheren Handgriff gelangt oder ein Schritt nach vorn gemacht wurde. Zwischen den Versuchen wurde das Sehen mit Flüssigkristall-Okklusionsbrillen okklusion stritten und Objekte im Vordergrund wurden zufällig neu angeordnet. UNTEN. Die Zeitleiste zeigt, wann der visuelle Zugriff auf die Umgebung verfügbar wurde und das Timing von TMS-Sonden sowohl im Zusammenhang mit dem visuellen Zugriff als auch der Störung. Die Peak-to-Peak-Amplitude der Muskelreaktion auf TMS (d. h. motorisch evoziertes Potential, MEP) lieferte einen Index der Corticospinaler Erregbarkeit in der Zeit vor der Störung. Diese Abbildung stellt theoretische Antwortdaten dar, um die hypothetische Auswirkung einer Erschwinglichkeit für Handaktionen (solide, blaue Linie) im Vergleich zu einer Studie zu demonstrieren, bei der der Griff abgedeckt ist (gepunktete, rote Linie). In dieser Abbildung werden beide Versuche/Bedingungen überlagert, um die hypothetische Wirkung der Vorbereitung der Motorleistung zu veranschaulichen, um potenzielle Maßnahmen auf der Grundlage eines bestimmten Umweltkontexts zu erleichtern oder zu unterdrücken. Angepasst aus Abbildung 1 in Bolton et al.21. Beachten Sie, dass TMS in diesem Beispiel zur Ersonnbarkeit der Kortikospinalität verwendet wurde. Dies dient jedoch nur dazu, eine grundlegende Darstellung der Abfolge von Ereignissen mit dieser modifizierten Lean & Release zu ermöglichen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
5. TMS-Protokoll (optional)
- Liefern Sie Einpuls-TMS über die Handmotorkortikdarstellung, während die Teilnehmer in einer vorwärts gerichteten Unterstützung unterstützt werden. Liefern Sie TMS-Impulse kurz nach dem Öffnen der Brille, aber vor jeder Bewegung, um zu untersuchen, wie sich die Anzeige der Umgebung auf den Motorsatz auswirkt. Siehe Abbildung 3, um die Abfolge von Ereignissen während einer Testversion zu visualisieren, einschließlich der Lieferung von TMS.
- Legen Sie den Zeitpunkt für die TMS-Bereitstellung entsprechend der Forschungsfrage fest. In den repräsentativen Ergebnissen schwankte die Stimulation zwischen 100 ms und 200 ms nach der Vision. Zusätzlich zu den oben aufgeführten Antworteinstellungen werden während des gesamten Tests nach dem Zufallsprinzip "No-Vision"-Referenztests durchsetzt, um TMS zu liefern, ohne die Brille zu öffnen. Der Zweck dieser Bedingung besteht darin, eine Basis für alle aufgabenbezogenen Veränderungen der motorischen Aktivität (z. B. erhöhte Erregung) bereitzustellen.
HINWEIS: Weitere Einzelheiten zu den spezifischen TMS-Verfahren finden Sie in Bolton et al.21 und Goode et al.22. - Liefern Sie magnetische Reize an den primären motorischen Kortex (M1) mit der stimulierenden Spule, die etwa 45° an der sagittalen Ebene orientiert ist (siehe Tabelle der Materialien). Wenden Sie Reize in der optimalen Position an, um ein motorisch evoziertes Potential (MEP) im FDI-Muskel auf der rechten Hand (d. h. den Motor-Hotspot) zu erhalten.
- Sobald der "Hotspot" gefunden ist, wird eine Testreizintensität bestimmt. Für die aktuellen Forschungszwecke ist dies die Stimulusintensität, bei der der durchschnittliche MEP etwa 1–1,5 mV Von-Peak erreicht. Fixieren Sie die TMS-Spule an dieser Position und setzen Sie die Spulenposition zurück, wenn eine Kopfbewegung auftritt (z. B. nach Kabelfreigabe). Bestimmen Sie die Testreizintensität, während die Probanden nach vorne lehnen, um jeden Einfluss des Haltungszustands auf die Erregbarkeit der Kortikospinalität zu berücksichtigen.
Representative Results
Alle vorgestellten Exemplarstudien wurden mit jungen Frauen und Männern zwischen 18 und 30 Jahren durchgeführt. Der Gesamtstichprobenumfang für jede Studie war wie folgt: Beispiel 1 (Rydalch et al.23) umfasste 12 Teilnehmer, Beispiel 2 (Bolton et al.21) umfasste 63 Teilnehmer und Beispiel 3 (Goode et al.22) 19 Teilnehmer. Für die vollständigen Studien sollte der Leser nähere Angaben zu Methoden und Analysen machen.
Beispiel 1
Das Blockieren eines schnellen Erholungsschritts, insbesondere wenn das Trittverhalten durch häufige Wiederholungen automatisch erfolgt, ermöglichte die Beurteilung der Reaktionshemmung in einem Haltungskontext. Hier haben wir die Reaktion der Beinmuskulatur verglichen, wenn ein Vorwärtsschritt entweder erlaubt oder behindert wurde23. Die Muskelreaktion des Trittbeins wurde zwischen Studien verglichen, in denen der Teilnehmer erreichen sollte, und Studien, bei denen er treten sollte. Dies wurde erreicht, indem die Ansprechgröße von Knöcheldorsiflexoren (tibialis anterior) während der Reach-to-Handle-Tests verglichen wurde. Insbesondere wurde das integrierte EMG über ein 200 ms-Fenster (d.h. 100 ms bis 300 ms nach der Störung) verwendet, um ein Muskelansprechverhältnis zu berechnen. Ein kleinerer Wert deutete auf eine größere Fähigkeit hin, auf das Treten zu verzichten, wie in Rydalch et al.23ausführlich beschrieben. Durch die Verwendung der Größe der Muskelreaktion, unsere Absicht war es, ein empfindliches Messgerät für eine Tendenz, mit dem Bein zu reagieren. In diesem Beispiel war das Ziel unserer Studie zu bestimmen, ob die Reaktionshemmung gemessen mit einem sitzenden kognitiven Test (d. h. Stop-Signal-Task, SST) mit der Leistung bei einer reaktiven Balance-Aufgabe korreliert, bei der die Unterdrückung eines Balance-Recovery-Schritts erforderlich war. Bei der Balance-Aufgabe wurden insgesamt 256 Versuche gesammelt, von denen 30% einen Beinblock verwendeten. In Abbildung 4Aheben wir gemittelte Wellenformen von Individuen hervor, die sich an entgegengesetzten Enden des Kontinuums befanden, um die stufenbezogene Beinaktivität zu unterdrücken. Das Streudiagramm in Abbildung 4B zeigt eine kleine, aber signifikante Korrelation zwischen der Fähigkeit, einen blockierten Schritt zu unterdrücken, und der Ansprechhemmung, gemessen an der Reaktionszeit des Stoppsignals.
Bei der Interpretation dieser Ergebnisse ist es wichtig zu erkennen, dass die SST (im Anhang beschrieben), und in der Tat die meisten kognitiven Tests, auf vereinfachte Reaktionen (oft Fingerbewegungen) von sitzenden Teilnehmern als Antwort auf zwingende Hinweise auf einem Computerbildschirm angezeigt verlassen. Diese Studie von Rydalch et al. befasste sich damit, ob die Fähigkeit, eine präpotente Reaktion zu stoppen, über einen Standard-Sitzentest der Ansprechhemmung im Vergleich zu einem reaktiven Gleichgewichtstest, bei dem Kompensatorische Schritte gelegentlich unterdrückt werden müssen, erhalten blieb23. Die Ergebnisse zeigten eine Korrelation zwischen dem kognitiven Testergebnis (Stoppsignalreaktionszeit) und dem kompensatorischen Stepping, was darauf hindeutet, dass die Stoppfähigkeit eines Individuums über verschiedene Aufgaben verallgemeinert wird.
Abbildung 4. Durchschnittliche Schrittbeinantwort. (A) Für das tibialis vordere Imstufenbein werden durchschnittliche Wellenformen angezeigt. Schrittversuche werden rot dargestellt und erreichen Versuche in schwarz. Exemplar-Muskelreaktionsdaten für zwei Teilnehmer mit einer schnellen (oben) oder langsamen Stop (unten) Signalreaktionszeit gezeigt. Diese Stoppsignalreaktionszeit bietet ein Millisekundenmaß für die Stoppfähigkeit. Die frühe Muskelreaktion (integriertes EMG) wurde von 100–300 ms (hellgelb schattierter Bereich) gemessen. (B) Scatterplot zeigt die Korrelation zwischen dem Muskelansprechverhältnis und der Stop-Signal-Reaktionszeit (SSRT) bei der visuellen Verzögerung von 400 ms, r = 0,561; p = 0,029. Angepasst an die Figuren 3 und 5, Rydalch et al.23. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Beispiel 2
Diese Studie zeigt, wie unser modifiziertes Lean & Release-Setup in Kombination mit TMS verwendet werden kann, um motorische Präparation auf der Grundlage von Visionen zu studieren. Das Konzept der Erschwinglichkeit (ursprünglich von Gibson24vorgeschlagen) wurde in einem stehenden Haltungskontext getestet, um festzustellen, ob die Corticospinaler Erregbarkeit eines Handmuskels (zum Greifen verwendet) beim Betrachten eines unterstützenden Griffs erleichtert wurde. Der Schlüssel zu diesem Ansatz war die Beurteilung, wie der erregende Zustand des Motorsystems allein durch das Sehen beeinflusst wurde. Insbesondere wurden TMS-Impulse kurz nach dem Öffnen der Brille geliefert, aber vor jedem Hinweis auf Bewegung (d. h. Kabelfreigabe). Auf diese Weise wurde nur die motorische Aktivität im Zusammenhang mit der visuellen Szene analysiert, während die Verhaltensreaktion auf Störungen sekundär war. Im Gegensatz zur obigen Studie, die die Notwendigkeit einer Reaktionshemmung betonte, indem sie die Schrittreaktion häufiger darstellte, verwendete diese Studie eine gleiche Wahrscheinlichkeit von Handle (Reichweite) im Vergleich zu No-Handle (Schritt), um sich auf die visuelle Grundierung von Handaktionen zu konzentrieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Betrachtung des Griffs zur Erleichterung eines intrinsischen Handmuskels (d. h. greifender) Muskeln führte, aber nur in der reinen Beobachtungsbedingung (Abbildung 5)21. HINWEIS: Beispiele für Beispieldaten, Erfassungs- und Analysesoftwarecode sowie Anleitungen finden Sie im Open Science Framework (https://osf.io/9z3nw/). In den Beispielen 1 und 3 wurden ähnlicher Code und ähnliche Verfahren mit Änderungen an bestimmten Zuständen verwendet.
Abbildung 5. Daten, die den Unterschied in der Corticospinaler Erregbarkeit für die REACH(d. h. Handle) im Vergleich zu STEP-Studien (d. h. no-handle) in einem intrinsischen Handmuskel zeigen, während die Teilnehmer in einem unterstützten Lean standen. Dies zeigte eine größere Aktivität in der Hand, wenn der Griff vorhanden war und die Teilnehmer einfach den Griff (OBS) betrachteten, aber dieser Effekt fehlte während einer separaten Balance (BAL) Versuchsblöcke, in denen das Kabel periodisch freigegeben wurde. Fehlerbalken zeigen den Standardfehler des Mittelwerts an. Zweiseitig wiederholte Messungen ANOVA zeigte eine Wechselwirkung zwischen Zustand und Erschwinglichkeit, F1, 62 = 5,69, sp = 0,020. Um unsere spezifischen Hypothesen zu adressieren, haben wir zuvor geplante Vergleiche verwendet, um festzustellen, ob die MEP-Amplitude in den fDI größer war, wenn das Handle in jeder Bedingung separat vorhanden war. Für Hypothese 1 wurden geplante Vergleiche verwendet, um die Erschwinglichkeitsniveaus (STEP, REACH) innerhalb der OBS-Bedingung zu vergleichen und eine signifikante Zunahme der Amplitude zu zeigen, wenn der Griff sichtbar war, t121 = 2,62, *p = 0,010. Für Hypothese 2 hatten wir ursprünglich eine Wechselwirkung vorhergesagt, aber in die entgegengesetzte Richtung von dem, was gefunden wurde. Der geplante Vergleich der Erschwinglichkeit innerhalb der BAL-Bedingung zeigte keinen signifikanten Unterschied im Zusammenhang mit dem Vorhandensein eines Griffs, t121 = -0,46, p = 0,644. Angepasst an Abbildung 5, Bolton et al.21. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Beispiel 3
Dieses letzte Beispiel betont, wie wir dieses Gerät angepasst haben, um die motorische Vorbereitung eines Handmuskels auf der Grundlage des Sehens erneut zu studieren, aber auf die Notwendigkeit fokussiert sind, die Beinwirkung schnell zu unterdrücken. In dieser Version war die Griffabdeckung dauerhaft abgedeckt, während sich nur der Beinblock bewegte. Wie Beispiel 1 wurde die Wahrscheinlichkeit von Stop-versus-Schritt-Bedingungen manipuliert, um einen automatischen Schritt zu fördern. Da der Griff in dieser Studie keine Option mehr war, wurde der am Knöchel gemessene Grad der Vorwärtsneigung leicht reduziert (ca. 6° vs. 10° wie in den beiden oben genannten Studien), um eine feste Stützreaktion zu ermöglichen. Der spezifische Einsatz für diese Version der Aufgabe war die Untersuchung des Konzepts der globalen Unterdrückung, das zuvor in sitzenden Aufgaben untersucht wurde, bei denen Brennknopfdrücke als Reaktion auf visuelle Reize verwendet wurden, die auf einem Computerdisplay25präsentiert wurden. Wie Beispiel 2 wurde TMS geliefert, um die Corticospinalerereritierbarkeit in einem intrinsischen Handmuskel unmittelbar nach dem Zugriff auf die Reaktionsumgebung (d. h. Block oder block, aber vor jedem Cue zum Bewegen (d. h. Kabelfreigabe) zu bewerten. Die Begründung für das Testen eines intrinsischen Handmuskels in einer Aufgabe, die nur Beinreaktionen verwendete, war zu sehen, ob eine Aufgabe irrelevantmuskel beweise eine allgemeine Unterdrückung im gesamten Motorsystem zeigen würde. Die unten in Abbildung 6 dargestellten Ergebnisse zeigen Hinweise auf eine weit verbreitete Abschaltung im gesamten Motorsystem, wenn ein automatischer Schritt abrupt gestoppt wird22.
Abbildung 6. Geänderte Lean & Release-Aufgabe nur mit Beinblock (d.h. keine Option zum Greifen eines Stützgriffs). (A) Diese Abbildung zeigt die MEP-Amplitudenunterdrückung in einem intrinsischen Handmuskel, wenn ein Beinblock dargestellt wurde (d. h. NO-STEP-Bedingung). (B) Von den wiederholten Maßnahmen ANOVA war die Schrittbedingung x Latenzinteraktion, F1,18 = 4,47, p = 0,049, signifikant. Die Sichtprüfung des Liniendiagramms 2 zeigt eine abnehmende MEP-Amplitude im Laufe der Zeit nur für die NO-STEP-Bedingung, was mit Folgevergleichen bestätigt wurde. Insbesondere ergaben diese Vergleiche einen signifikanten Rückgang bei 200 ms im Vergleich zu 100 ms t18 = 2.595, *p = 0,009 für die NO-STEP-Bedingung. Im Gegensatz dazu ergibt ein ähnlicher Vergleich zwischen 200 ms und 100 ms für die STEP-Bedingung keinen Unterschied t18 = 0,346, p = 0,367. Angepasst an die Figuren 1 und 2, Goode et al.22. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Discussion
Dieses modifizierte Lean & Release-System bietet eine neue Möglichkeit, kognitive Rollen im reaktiven Gleichgewicht zu bewerten. Wie beim Standard-Lean & Release-Verfahren sind die Richtung und Amplitude der Haltungsstörung für das Subjekt vorhersehbar, während das Timing der Kabelfreigabe unvorhersehbar ist. Einzigartig im aktuellen Ansatz ist, dass der Zugang zum Sehen genau gesteuert wird, während das Thema fixiert bleibt und die Reaktionsumgebung um sie herum verändert wird, um unterschiedliche Aktionsmöglichkeiten und/oder Einschränkungen zu schaffen. Durch die Manipulation des Vorhandenseins von Hindernissen und Erschwinglichen betont diese Methode kognitive Prozesse wie Entscheidungsfindung (d. h. Aktionsauswahl) und Reaktionshemmung in Bezug auf die Gleichgewichtserholung.
Die vorgeschlagene Methode hat das Potenzial, einen einzigartigen Einblick in die neuronale Steuerung des Gleichgewichts zu bieten, stellt aber gewisse Einschränkungen dar. Bei Verwendung der Lean & Release-Methode wird die Kabelfreigabe z. B. von einer vorwärts gerichteten, die einen ausgeprägten Balance-Recovery-Schritt im Vergleich zu anderen Methoden der externen Haltungsstörung10erfordert. Auch die Richtung und das Ausmaß der Störung sind vorhersagbar, was zu einer vorausschauenden Aktivierung von Muskeln führen kann, die normalerweise nicht in realistischere Fallszenarien verwickelt wären. Schließlich wird das Sehen vor der Kabelfreigabe vorübergehend ausgelastet, was auch vom Alltag eines Einzelnen abweicht. Diese Merkmale machen unsere Beurteilung des Gleichgewichts etwas künstlich und können eine Verallgemeinerung über verschiedene Arten der Störung ausschließen. Es ist wichtig zu erkennen, dass die Verallgemeinerbarkeit auf reale Weltstürze immer ein Anliegen ist, wenn man Rückschlüsse darauf zieht, wie das Gleichgewicht aus einer bestimmten Bewertungsmethode gesteuert wird. Tatsächlich gibt es derzeit keinen allgemein anerkannten umfassenden Test auf Gleichgewichtsfähigkeit4. Für die gegenwärtigen Zwecke ermöglicht ein Set Forward Fall, dass Störeigenschaften und Reaktionseinstellungen konstant gehalten werden können, während bestimmte kognitive Anforderungen manipuliert werden, die in herkömmlichen Bilanzbeurteilungen oft vernachlässigt oder unzugänglich sind. Eine solche experimentelle Kontrolle ist von Vorteil, sollte aber bei der Interpretation der Ergebnisse berücksichtigt werden.
Als zweite Einschränkung kann der Bau der Prüfgeräte und die erforderlichen technischen Fähigkeiten eine Herausforderung für die Umsetzung dieser Methode darstellen. Drei Elektrotechnikstudenten der Utah State University bauten die Plattform, richteten die Elektronik ein und programmierten Mikrocontroller, um Servomotoren für die Griffabdeckung und den Beinblock anzutreiben. Die Baukosten waren bescheiden (d. h. <15.000 , ohne die in die Plattform montierten Kraftplatten). Dies kann jedoch je nach verfügbaren Ressourcen eine Herausforderung darstellen.
Mit diesem Ansatz wurden spezifische Einblicke in die neuronale Steuerung des Gleichgewichts gewonnen. Diese Beispiele deuten darauf hin, dass nichtinvasive Hirnstimulation verwendet werden kann, um Motorset basierend auf der Betrachtung von Objekten in einem haltungsbezogenen Kontext zu erfassen und eine Technik zur Beurteilung der Ansprechhemmung mit Muskelreaktionen anzubieten. Insbesondere könnte die modifizierte Lean & Release-Technik leicht angepasst werden, um andere neurophysiologische Sonden wie Elektroenzephalographie und funktionelle Nahinfrarotspektroskopie zu integrieren. Auch ohne die Einbeziehung direkter neuronaler Maßnahmen können Studiendesigns, die sich ausschließlich auf äußere Kräfte, Muskelaktivierung und Kinematik konzentrieren, wichtige Einblicke in Verhaltensmarker kognitiver Defizite liefern. So wurde beispielsweise von Cohen et al.26eine interessante Anwendung zur Verwendung von Kraftplatten zur Erfassung antizipatorischer Haltungsverschiebungen während einer reaktiven Schrittaufgabe demonstriert. In ihrer Studie wurden Defizite bei der Ansprechhemmung bei älteren Erwachsenen durch unangemessene Gewichtsverlagerungen aufgedeckt, was wiederum zu Verzögerungen bei den Zeitverzögerungen bei der Wahlreaktion führte. Ein solcher Ansatz könnte auf das derzeitige Paradigma angewendet werden, um sensible Messgrößen für Gewichtsverlagerungen und Trittfehler zu erhalten.
Diese neue Methode basiert auf einem etablierten Test für die reaktive Balance, bei dem Teilnehmer von einem unterstützten Lean befreit werden, und enthält nun Szenarien, die Verhaltensflexibilität erfordern. Testdesigns, die geeignet sind, um Reaktionshemmung und Aktionsauswahl aufzutun, ermöglichen es uns, Konzepte aus der kognitiven Psychologie auf den Bereich der Balance-Kontrolle anzuwenden. Ein solcher Ansatz ist notwendig, um auf der Erkenntnis aufzubauen, dass kognitiver Verfall und Fallprävalenz korreliert sind, und um ein mechanistisches Verständnis dafür zu gewinnen, wie kognitive Ressourcen Stürze verhindern. Vermutlich könnte dieses Setup nicht nur als Forschungsinstrument, sondern auch als Mittel zur Ausbildung kognitiver Rollen im Gleichgewicht verwendet werden. Ein wichtiges Ziel der laufenden Arbeit unseres Labors ist es zu verstehen, wie das Gehirn kontextbezogene Informationen nutzt, um zu aktualisieren, welche Bewegung am besten geeignet wäre, um einen Sturz in der Umgebung zu verhindern. Hinweise wie die Verfügbarkeit eines stabilen Handgriffs oder eine potenzielle Schrittbarriere können leiten, welche Reaktion bei Bedarf zu machen ist und können verdeckt prädiktive Hirnprozesse formen16. Insbesondere kann sich die Fähigkeit, diese Informationen angemessen zu nutzen, mit dem Alter verschlechtern, wenn geistige Fähigkeiten wie hemmende Interferenzkontrolle oder visuell-räumliches Gedächtnis erforderlich sind. Angesichts des Zusammenhangs zwischen kognitivem Verfall und Stürzenvon 1 bis 3könnte die Implementierung von Studienentwürfen, die die Notwendigkeit der Integration von Kontextrelevanz betonen, wertvolle Einblicke in Gleichgewichtsdefizite in vielen gefährdeten Bevölkerungsgruppen liefern.
Disclosures
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Acknowledgments
Die in dieser Publikation berichtete Forschung wurde vom National Institute on Aging der National Institutes of Health unter der Award-Nummer R21AG061688 unterstützt. Der Inhalt liegt allein in der Verantwortung der Autoren und stellt nicht unbedingt die offizielle Meinung der National Institutes of Health dar.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| CED Power1401 | Cambridge Electronic Design | Data acquisition interface | |
| Delsys Bagnoli-4 amplifier | Delsys | EMG equipment | |
| Figure-eight D702 Coil | Magstim Company Ltd | TMS coil | |
| Kistler Force Plates | Kistler Instrument Corp. | Multicomponent Force Plate Type 9260AA | Force plates |
| Magstim 200 stimulator | Magstim Company Ltd | TMS stimulation units | |
| PLATO occlusion spectacles | Translucent Technologies Inc | visual occlusion | |
| Signal software | Cambridge Electronic Design | Version 7 |
References
- Mirelman, A., et al. Executive function and falls in older adults: new findings from a five-year prospective study link fall risk to cognition. PloS one. 7 (6), 40297 (2012).
- Herman, T., Mirelman, A., Giladi, N., Schweiger, A., Hausdorff, J. M. Executive control deficits as a prodrome to falls in healthy older adults: a prospective study linking thinking, walking, and falling. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 65 (10), 1086-1092 (2010).
- Saverino, A., Waller, D., Rantell, K., Parry, R., Moriarty, A., Playford, E. D. The Role of Cognitive Factors in Predicting Balance and Fall Risk in a Neuro-Rehabilitation Setting. PLOS ONE. 11 (4), 0153469 (2016).
- Rogers, M. W., Mille, M. -L. Chapter 5 - Balance perturbations. Handbook of Clinical Neurology. 159, 85-105 (2018).
- Adkin, A. L., Campbell, A. D., Chua, R., Carpenter, M. G. The influence of postural threat on the cortical response to unpredictable and predictable postural perturbations. Neuroscience Letters. 435 (2), 120-125 (2008).
- Marlin, A., Mochizuki, G., Staines, W. R., McIlroy, W. E. Localizing evoked cortical activity associated with balance reactions: does the anterior cingulate play a role. Journal of Neurophysiology. 111 (12), 2634-2643 (2014).
- Horak, F. B., Nashner, L. M. Central programming of postural movements: adaptation to altered support-surface configurations. Journal of Neurophysiology. 55 (6), 1369-1381 (1986).
- Nashner, L. M. Fixed patterns of rapid postural responses among leg muscles during stance. Experimental Brain Research. 30 (1), 13-24 (1977).
- Varghese, J. P., Marlin, A., Beyer, K. B., Staines, W. R., Mochizuki, G., McIlroy, W. E. Frequency characteristics of cortical activity associated with perturbations to upright stability. Neuroscience Letters. 578, 33-38 (2014).
- Mansfield, A., Maki, B. E. Are age-related impairments in change-in-support balance reactions dependent on the method of balance perturbation. Journal of Biomechanics. 42 (8), 1023-1031 (2009).
- Maki, B. E., McIlroy, W. E. The role of limb movements in maintaining upright stance: the "change-in-support" strategy. Physical Therapy. 77 (5), 488-507 (1997).
- Lakhani, B., Mansfield, A., Inness, E. L., McIlroy, W. E. Characterizing the determinants of limb preference for compensatory stepping in healthy young adults. Gait & Posture. 33 (2), 200-204 (2011).
- Mansfield, A., et al. Training rapid stepping responses in an individual with stroke. Physical Therapy. 91 (6), 958-969 (2011).
- Mansfield, A., Inness, E. L., Lakhani, B., McIlroy, W. E. Determinants of limb preference for initiating compensatory stepping poststroke. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 93 (7), 1179-1184 (2012).
- Cheng, K. C., Pratt, J., Maki, B. E. Effects of spatial-memory decay and dual-task interference on perturbation-evoked reach-to-grasp reactions in the absence of online visual feedback. Human Movement Science. 32 (2), 328-342 (2013).
- Dakin, C. J., Bolton, D. A. E. Forecast or Fall: Prediction's Importance to Postural Control. Frontiers in Neurology. 9, 924 (2018).
- Slobounov, S., Cao, C., Jaiswal, N., Newell, K. M. Neural basis of postural instability identified by VTC and EEG. Experimental Brain Research. 199 (1), 1-16 (2009).
- Maki, B. E., McIlroy, W. E. Cognitive demands and cortical control of human balance-recovery reactions. Journal of Neural Transmission. 114 (10), Vienna, Austria. 1279-1296 (2007).
- Bolton, D. A. The role of the cerebral cortex in postural responses to externally induced perturbations. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 57, 142-155 (2015).
- Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety of TMS Consensus Group Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clinical Neurophysiology: official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (12), 2008-2039 (2009).
- Bolton, D. A. E., et al. Motor preparation for compensatory reach-to-grasp responses when viewing a wall-mounted safety handle. Cortex. 117, 135-146 (2019).
- Goode, C., Cole, D. M., Bolton, D. A. E. Staying upright by shutting down? Evidence for global suppression of the motor system when recovering balance. Gait & Posture. 70, 260-263 (2019).
- Rydalch, G., Bell, H. B., Ruddy, K. L., Bolton, D. A. E. Stop-signal reaction time correlates with a compensatory balance response. Gait & Posture. 71, 273-278 (2019).
- Gibson, J. J. The Ecological Approach To Visual Perception. , Houghton Mifflin. Boston. (1979).
- Majid, D. S. A., Cai, W., George, J. S., Verbruggen, F., Aron, A. R. Transcranial Magnetic Stimulation Reveals Dissociable Mechanisms for Global Versus Selective Corticomotor Suppression Underlying the Stopping of Action. Cerebral Cortex. 22 (2), 363-371 (2012).
- Cohen, R. G., Nutt, J. G., Horak, F. B. Errors in postural preparation lead to increased choice reaction times for step initiation in older adults. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 66 (6), 705-713 (2011).
