Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

ההשפעה של תנאי משימה מוטוריים על זרוע מכוונת מטרה להגיע Kinematics ופיצוי תא המטען בניצולי שבץ כרוני

Published: May 2, 2021 doi: 10.3791/61940
Automatic Translation
1,2, 1, 1,3, 1,4, 1
1Department of Physical Therapy Education, SUNY Upstate Medical University, 2College of Health and Rehabilitation Sciences: Sargent College Center for Neurorehabilitation, Boston University, 3Department of Physical Medicine and Rehabilitation, University of Rochester Medical Center, 4Rehabilitation Today

Summary

פרוטוקול זה נועד לחקור את ההשפעה של תנאי המשימה על אסטרטגיות תנועה אצל ניצולי שבץ כרוני. כמו כן, פרוטוקול זה יכול לשמש כדי לבחון אם הגבלה בהארכת המרפק הנגרמת על ידי גירוי חשמלי neuromuscular גורם פיצוי תא המטען במהלך זרוע מכוונת מטרה מגיע אצל מבוגרים שאינם נכים.

Abstract

פיצוי תא מטען היא אסטרטגיית התנועה הנפוצה ביותר להחליף את הליקויים המוטוריים בגפיים העליונות (UE) בניצולי שבץ כרוניים. קיים מחסור בראיות הבוחנות כיצד תנאי המשימה משפיעים על פיצוי תא המטען ועל זרוע מכוונת מטרה המגיעה לקינאמטיקה. פרוטוקול זה נועד לחקור את ההשפעה של תנאי המשימה, כולל קושי במשימה ומורכבות, על זרוע מכוונת מטרה המגיעה לקינאמטיקה. שני צעירים שאינם נכים ושני ניצולי שבץ כרוניים עם ליקוי מוטורי UE קל גויסו לבדיקת הפרוטוקול. כל משתתף ביצע קצוות זרוע מכווני מטרה עם ארבעה תנאי משימה שונים (2 קשיי משימה [יעדים גדולים לעומת קטנים] מורכבויות משימה X 2 [הצבעה לעומת איסוף]). מטרת המשימה הייתה להגיע ולהצביע על יעד או להרים אובייקט הממוקם 20 ס"מ מול עמדת הבית מהר ככל האפשר עם חרט או זוג מקלות אכילה, בהתאמה, בתגובה לסימן שמיעתי. המשתתפים ביצעו עשרה תותים לכל תנאי משימה. מערכת מצלמה תלת מימדית ללכידת תנועה שימשה לתיעוד קינטיקה של תא המטען והזרוע. התוצאות הייצוגיות הראו כי חלה עלייה משמעותית משך התנועה, jerkiness התנועה, ופיצוי תא המטען כפונקציה של מורכבות המשימה, אבל לא קושי במשימה בכל המשתתפים. ניצולי שבץ כרוני הראו באופן משמעותי לאט יותר, קופצני יותר, זרוע תלויה משוב יותר מגיע באופן משמעותי יותר תנועות תא המטען פיצוי מאשר מבוגרים שאינם נכים. התוצאות הייצוגיות שלנו תומכות בכך שניתן להשתמש בפרוטוקול זה כדי לחקור את ההשפעה של תנאי משימה על אסטרטגיות בקרה מוטורית אצל ניצולי שבץ כרוני עם פגיעה מוטורית קלה של UE.

Introduction

תנועת תא המטען היא האסטרטגיה הנפוצה ביותר כדי לפצות על דרגות מוגבלות של חופש במרפק ובכתף אצל אנשים עם גפיים עליונות לאחר שבץ (UE) גירעונות מנוע1,2. מחקרים קודמים הראו כי אנשים שלאחר שבץ משתמשים באסטרטגיותתנועהשונות בסביבות משימה מוטוריות שונות 3,4,5. תורת הבקרה המוטורית של מערכות דינמיות מסבירה כי תנועות נובעות מגורמים אינדיבידואליים פנימיים וגורמים חיצוניים, כגון תנאי משימה וסביבה6. יתר על כן, החוק של פיט מסביר את הקשר בין קושי במשימה ומהירות תנועה, עם נטייה לבצע משימות קשות יותר במהירויות איטיות יותר7. במונחים של זרוע מכוונת מטרה להגיע למשימות, ג'נטילוצ'י דיווח כי אנשים להאט את תנועות ההגעה שלהם כאשר הם מגיעים לתפוס אובייקט קטן יותר לעומת אובייקט גדוליותר 8. עם זאת, ההשפעה של מורכבות המשימה על זרוע מכוונת מטרה להגיע קינמטיקה ואסטרטגיות תנועה פיצוי ניצולי שבץ כרוני אינו מובן היטב. מחקר קודם שבדק משימות הצבעה ותפיסה אצל ניצולי שבץ כרוניים הראה כי הבדלים במשתנים קינמטיים בין שתי משימות שונות הסבירו הבדלים בפגיעה במנוע UE כפי שנמדדו על ידי ציון הקיצוני העליון Fugl-Meyer9. עם זאת, מחקר זה לא השווה ישירות את האופן שבו אסטרטגיות התנועה שונות מבחינת משתנים קינמטיים בין הצבעה ותפיסת משימות. הבנה טובה יותר של ההשפעה של תנאי המשימה על אסטרטגיות תנועה פיצוי בהתחשב ברמת פגיעה מוטורית בודדים חיונית לתכנון מפגשי טיפול יעילים כדי למזער תנועות פיצוי ולמקסם את הפיצוי של פגיעה מוטורית. לכן, זה הכרחי כדי לחקור כיצד תנאי המשימה, במיוחד מורכבות המשימה, להשפיע על אסטרטגיות תנועה אצל אנשים עם פגיעה מוטורית לאחר שבץ. פרוטוקול מחקר מוצע זה יחקור את ההשפעה של תנאי המשימה על זרוע מכוונת מטרה המגיעה לקינאמטיקה אצל מבוגרים שאינם נכים וניצולי שבץ. מטרות פרוטוקול זה הן כפולות: 1) כדי לחקור אם מורכבות המשימה משפיעה על פיצוי תא המטען וזרוע מכוונת מטרה המגיעה לקינטיקה אצל ניצולי שבץ כרוניים; 2) כדי לקבוע אם פרוטוקול זה יכול להבדיל בין קינמטיקה של זרוע מכוונת מטרה מגיע בין מבוגרים שאינם נכים ניצולי שבץ כרוני.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ועדת הביקורת המוסדית (IRB) של האוניברסיטה הרפואית SUNY בצפון המדינה אישרה פרוטוקול זה.

1. הקרנת משתתפים

  1. בצע את כל שיטות המחקר באישור IRB על ידי הצהרת הלסינקי.
  2. לגייס מבוגרים שאינם נכים שאין להם בעיות נוירולוגיות או השלד והשרירים המונעים ביצועים מוטוריים בגפיים העליונות.
  3. לגייס ניצולי שבץ כרוניים אשר תחילת השבץ הוא לפחות שישה חודשים לפני השתתפות המחקר ויש להם פגיעה קלה עד בינונית בגפיים העליונות, מסומן על ידי Fugl-Meyer הערכה של ציון הגפיים העליונות של 19 עד 60 מתוך 66, והוא יכול להאריך את פרק כף היד והאצבעות hemiparetic לפחות 10 מעלות בהתנדבות.
  4. תזמן משתתפים פוטנציאליים להשתתף בהפעלת איסוף נתונים.
  5. קבל הסכמה מדעת בכתב מכל משתתפי המחקר לפני התחלת הליכים ניסיוניים כלשהם.
  6. סנן את כל המשתתפים לזכאות להשתתפות בלימודים באמצעות שאלונים לגבי הדמוגרפיה שלהם, היסטוריית פציעות הזרוע הקודמת, הדומיננטיות ביד והביטחון במשימות ספציפיות של מיומנות מוטורית ביד.

2. מדדי תוצאה מוטורית של קיצוניות עליונה

  1. בצע את בדיקת Perdue Pegboard עם ההליך הרגיל10.
  2. בצע את הערכת Fugl-Meyer של מנוע הגפיים העליונות (FMA-UE) באמצעות ההליך הסטנדרטי11,12.

3. הערכות פסיכו-סוציאליות וקוגניטיביות-התנהגותיות

  1. יש למשתתפים למלא את השאלונים הבאים באמצעות פלטפורמת הסקר המקוון: Edinburg Handedness מלאי; שאלון לניסיון קודם על השימוש במקלות אכילה.; ושאלון יעילות עצמית לשימוש במקלות אכילה.

4. הכנת משימות הגעה לזרוע מכוונת מטרה

  1. הכן את מערכת המצלמה לכידת תנועה להקלטה קינמטית.
    1. כייל את מצלמת לכידת התנועה באמצעות תוכנת תחנת העבודה לכידת תנועה.
    2. הגדר את מקור הקואורדינטות העולמיות באמצעות תוכנת תחנת העבודה לכידת תנועה.
    3. הנח את כל שלישיות הסמן על טבלה בשדה הראייה של מצלמות לכידת תנועה ובדוק אם כל שלישיות הסמן נמצאות בשדה הראייה.
  2. הכן את התוכנה לרכישת נתונים לכידת תנועה כדי לבנות את מודל השלד.
    1. יבא את ערכות הסמן מתוכנת תחנת העבודה לכידת תנועה לתוכנת לכידת תנועה רכישת נתונים.
    2. הפעל חיישנים וירטואליים (כלומר, שלישיות סמן).
    3. הגדר צירי עולם.
    4. הקצה חיישנים וירטואליים למקטעי גוף של דגם השלד.
  3. הגדר תנאי משימה של הגעה לזרוע מכוונת מטרה.
    1. מקם טבלה במרכז שדה המצלמות ללכידת תנועה.
    2. שים את הזרוע המכוונת למטרה למינציה להגיע נייר תבנית באזור המיועד על השולחן.
    3. הכינו זוג מקלות אכילה על השולחן.
    4. היכונו להפעלת קובץ השמע של אות השמיעה.
    5. הכן את קבצי ה- Script של הוראות המשימה.
    6. בדוק את מערכת לכידת התנועה כדי לוודא שהיא פועלת כראוי.
  4. הגדר את המשתתף.
    1. חבר את שלישיית הסמן המחזק לעור הזרועות, הידיים ותא המטען של המשתתף. השתמש בתיאור הבא עבור מיקומי שלישיית הסמן:
      שלישיית סמן לתא המטען: בין הגבולות המדיאליים של עצם השכם
      שלישיית סמן לכל זרוע עליונה: באמצע המשטח לרוחב הזרוע העליונה
      שלישיית סמן לכל זרוע: באמצע פני השטח הגביים של האמה
      שלישיית סמן לכל יד: באמצע משטח הגב של עצםכף היד השלישית
    2. הכינו מקל אכילה עם שלישיית סמן.
    3. הנח שלישיית סמן על שולחן הממוקם במרכז שדה הראייה של מצלמות לכידת תנועה.
    4. בצע דיגיטציה של מקטעי הגוף של המשתתף באמצעות מפרקי גפיים עליונות ומודל שלד תא מטען הכולל את ציוני הדרך הבאים באמצעות תוכנת רכישת הנתונים לכידת תנועה:
      תא מטען עליון: נקודה בין חוליות C7 ו- T1
      תא מטען תחתון: נקודה בין חוליות T12 ו- L1
      כתף (מפרק גלנוהומרל), שני כתמים במרחק שווה ממרכז ראש הזרוע
      מרפק: שני כתמים על המרפק המדיאלי והצדווי המשווים מהמרכז המשותף
      פרק כף היד: שני כתמים על פרק כף היד המדיאלית והצדווית המשווים מהמרכז המשותף
      יד: קצה הפלנקס השלישי של כל יד
    5. דיגיטציה של קצה מקל האכילה עם שלישיית סמן באמצעות התוכנה לרכישת נתונים לכידת תנועה.
    6. דיגיטציה של מיקום הבית ומיקום היעד באמצעות שלישיית הסמן הממוקמת על השולחן באמצעות תוכנת רכישת הנתונים לכידת תנועה.

5. ביצוע משימות הגעה לזרוע מכוונת מטרה

  1. מקם את המשתתף בתנוחת ישיבה.
  2. בקש מהמשתתף להגיע קדימה ללא תנועת תא מטען, ולאחר מכן אתר את הטבלה כדי למקם את היעד בכ- 80% מהזרוע המרבית של המשתתף המגיעה למרחק.
  3. הורה למשתתף לשמור על תנוחת הגזע הישרה בתחילת כל ביצועי משימה. לא תהיה הגבלה על תנועות העורק במהלך ביצוע המשימה.
  4. הורה למשתתף כיצד להשתמש במקלות אכילה באמצעות סרטון Youtube (https://youtu.be/2Bns2m5Bg4M) כדי לתקנן את הדרך לשימוש במקלות האכילה.
  5. ביצוע תנאי המשימה 1 - הגעה והצביעות על יעד גדול.
    1. הורה למשתתף להחזיק מקל אכילה עם היד הדומיננטית (מבוגרים שאינם נכים) או היד הפארטית (משתתפי השבץ). המשתתף ימקם את קצה מקל האכילה נוגע במרכז המיקום הביתי. הורה למשתתף לשמור על תנוחת תא המטען הזקופה בהתחלה.
    2. קבע את נייר התבנית של תנאי הפעילות באזור המיועד בטבלה. נייר התבנית כולל שני ריבועים עם צלב במרכז כל ריבוע: אחד עבור מיקום הבית והשני עבור אזור היעד. עבור משימה זו, גודל ריבוע היעד הוא 1 x 1 ס"מ2. מיקום היעד ממוקם 20 מול עמדת הבית.
    3. תאר את הוראות המשימה.
      1. ציין את הדברים הבאים: "המטרה של משימה זו היא להגיע ולהקיש על אזור היעד עם קצה מקל האכילה במהירות ובדייקנות ככל האפשר. אתה תחזיק מקל אכילה עם יד ימין (או שמאל) [ציין את היד המבצעת]. הנח את קצה מקל האכילה על מיקום הבית [ציין את מיקום הבית]. כאשר אתה שומע אות 'GO', להגיע ולהקיש על היעד [לציין את היעד] עם קצה של מקל האכילה מהר ככל האפשר. נסה להקיש על מרכז היעד ככל שתוכל. יהיו לך שלוש שניות להקיש על המטרה. אני אתן לך אות "STOP" 3 שניות לאחר האות 'GO'. אם לא הקשת על המטרה תוך 3 שניות, הבא את קצה מקל האכילה למצב הבית והמתן למשפט הבא. אתה תבצע עשרה ניסויים עם הפסקה של 10 שניות בין המבחנים. יש לך שאלות? [טפל בכל שאלה שיש למשתתף ולאחר מכן המשך למשפט היכרות] יהיו לך שלושה מבחנים כפרקטיקה. [לאחר מבחני התרגול, המשך לניסויים בפועל] עכשיו, אנחנו נבצע ניסויים אמיתיים. נסה להגיע ולהקיש במהירות האפשרית."
    4. הפעל את קובץ השמע של אות השמיעה במחשב כדי להכיר את הסימן למשתתף.
    5. בצע שלושה ניסויי היכרות.
    6. הורה למשתתף להיות מוכן לביצועי המשימה. ודא שהמשתתף מבין היטב את הליך ביצוע המשימה.
    7. התחל הקלטת לכידת תנועה עם התוכנה לרכישת נתונים לכידת תנועה.
    8. הפעל את קובץ השמע של אות השמיעה באמצעות מחשב.
    9. בצע 10 ניסויים.
    10. עצור הקלטת לכידת תנועה.
    11. קח הפסקה של 2 דקות.
  6. ביצוע תנאי המשימה 2 - הגעה והצבעה על יעד קטן.
    1. הורה למשתתף להחזיק מקל אכילה עם היד הדומיננטית (מבוגרים שאינם נכים) או היד הפארטית (משתתפי השבץ). המשתתף ימקם את קצה מקל האכילה נוגע במרכז המיקום הביתי. בקש מהמשתתף לשמור על תנוחת תא המטען הזקופה בהתחלה.
    2. קבע את נייר התבנית של תנאי הפעילות באזור המיועד בטבלה. עבור משימה זו, גודל ריבוע היעד הוא 0.3 X 0.3 ס"מ2. מיקום היעד ממוקם 20 מול עמדת הבית.
    3. תאר את הוראת המשימה.
      1. ציין את הדברים הבאים: "המטרה של משימה זו זהה למשימה הקודמת: להגיע ולהקיש עם קצה מקל האכילה היעד במהירות ובדייקנות ככל שתוכל. אנו נשתמש במטרה קטנה יותר [לציין את המטרה]. ההוראה זהה למשימה הקודמת. כאשר אתה שומע אות 'GO', להגיע ולהקיש על היעד [לציין את היעד] עם קצה של מקל האכילה מהר ככל האפשר. נסה להקיש על מרכז היעד ככל שתוכל. יש לך שאלות? [טפל בכל שאלה שיש למשתתף ולאחר מכן המשך למשפט היכרות] יהיו לך שלושה מבחנים כפרקטיקה. [לאחר משפטי ההיכרות, המשך לניסויים בפועל] עכשיו, אנחנו נבצע ניסויים אמיתיים. נסה להגיע ולהקיש במהירות האפשרית."
    4. הפעל את קובץ השמע של אות השמיעה במחשב כדי להכיר את הסימן למשתתף.
    5. בצע שלושה ניסויי היכרות.
    6. הורה למשתתף להיות מוכן לביצועי המשימה. ודא שהמשתתף מבין היטב את הליך ביצוע המשימה.
    7. התחל הקלטת לכידת תנועה עם התוכנה לרכישת נתונים לכידת תנועה.
    8. הפעל את קובץ השמע של אות השמיעה באמצעות מחשב.
    9. בצע 10 ניסויים.
    10. עצור הקלטת לכידת תנועה.
    11. קח הפסקה של 2 דקות.
  7. ביצוע תנאי המשימה 3 - הגעה ואיסוף של אובייקט יעד גדול.
    1. הורה למשתתף להחזיק זוג מקלות אכילה עם היד הדומיננטית (מבוגרים שאינם נכים) או היד הפארטית (משתתפי שבץ). המשתתף ימקם את קצות מקלות האכילה נוגעים במרכז המיקום הביתי. בקש מהמשתתף לשמור על תנוחת תא מטען זקופה בהתחלה.
    2. קבע את נייר התבנית של תנאי הפעילות באזור המיועד בטבלה. עבור משימה זו, אובייקט היעד הוא קוביית פלסטיק 1 ס"מ על הקצה. אובייקט היעד ממוקם 20 מול מיקום הבית.
    3. מקם את אובייקט היעד באזור היעד.
    4. תאר את הוראות המשימה.
      1. ציין את הדברים הבאים: "המטרה של משימה זו היא להגיע ולהרים קוביית פלסטיק [לציין את הקובייה] עם זוג מקלות אכילה מהר ככל האפשר, על סנטימטר בגובה מבלי להפיל. אתה תחזיק זוג מקלות אכילה עם יד ימין (או שמאל) [לציין את היד המבצעת]. הנח את קצות מקלות האכילה על מיקום הבית [ציין את מיקום הבית]. כאשר אתה שומע אות 'GO', להגיע ולהרים את הקוביה [לציין את היעד] עם מקלות אכילה מהר ככל שאתה יכול, על סנטימטר בגובה. יהיו לך שלוש שניות לאסוף את המטרה. אני אתן לך אות "STOP" 3 שניות לאחר האות 'GO'. אם לא להרים את היעד בתוך 3 שניות, להביא את הטיפים של מקלות אכילה למצב הבית ולחכות למשפט הבא. אתה תבצע עשרה ניסויים עם הפסקה של 10 שניות בין המבחנים. יש לך שאלות? [טפל בכל שאלה שיש למשתתף ולאחר מכן המשך למשפט היכרות] יהיו לך שלושה מבחנים כפרקטיקה. [לאחר משפטי ההיכרות, המשך לניסויים בפועל] עכשיו, אנחנו נבצע ניסויים אמיתיים. נסה להגיע ולהרים מהר ככל שאתה יכול."
    5. הפעל את קובץ השמע של אות השמיעה במחשב כדי להכיר את הסימן למשתתף.
    6. בצע שלושה ניסויי היכרות.
    7. הורה למשתתף להיות מוכן לביצועי המשימה. ודא שהמשתתף מבין היטב את הליך ביצוע המשימה.
    8. התחל הקלטת לכידת תנועה עם התוכנה לרכישת נתונים לכידת תנועה.
    9. הפעל את קובץ השמע של אות השמיעה באמצעות מחשב.
    10. בצע 10 ניסויים.
    11. עצור הקלטת לכידת תנועה.
    12. קח הפסקה של 2 דקות.
  8. ביצוע תנאי המשימה 4 - הגעה ואיסוף של אובייקט יעד קטן.
    1. הורה למשתתף להחזיק זוג מקלות אכילה עם היד הדומיננטית (מבוגרים שאינם נכים) או היד הפארטית (משתתפי שבץ). המשתתף ימקם את קצות מקלות האכילה נוגעים במרכז המיקום הביתי. בקש מהמשתתף לשמור על תנוחת תא מטען זקופה בהתחלה.
    2. קבע את נייר התבנית של תנאי הפעילות באזור המיועד בטבלה. עבור משימה זו, אובייקט היעד הוא קוביית פלסטיק 0.3 ס"מ על הקצה. אובייקט היעד ממוקם 20 מול מיקום הבית.
    3. מקם את אובייקט היעד באזור היעד.
    4. תאר את הוראות המשימה.
      1. ציין את הדברים הבאים: "המטרה של משימה זו זהה למשימה הקודמת: להגיע ולהרים קוביית פלסטיק עם זוג מקלות אכילה מהר ככל שאתה יכול. נשתמש בקוביית פלסטיק קטנה יותר [מציינים את המטרה]. ההוראה זהה למשימה הקודמת. כאשר אתה שומע אות 'GO', להגיע ולהרים את הקוביה [לציין את היעד] עם מקלות אכילה מהר ככל האפשר. יש לך שאלות? [טפל בכל שאלה שיש למשתתף ולאחר מכן המשך למשפט היכרות] יהיו לך שלושה מבחנים כפרקטיקה. [לאחר משפטי ההיכרות, המשך לניסויים בפועל] עכשיו, אנחנו נבצע ניסויים אמיתיים. נסה להגיע ולהקיש במהירות האפשרית."
    5. הפעל את קובץ השמע של אות השמיעה במחשב כדי להכיר את הסימן למשתתף.
    6. בצע שלושה ניסויי היכרות.
    7. בקש מהמשתתף להיות מוכן לביצועי המשימה. ודא שהמשתתף מבין היטב את הליך ביצוע המשימה.
    8. התחל הקלטת לכידת תנועה עם התוכנה לרכישת נתונים לכידת תנועה.
    9. הפעל את קובץ השמע של אות השמיעה באמצעות מחשב.
    10. בצע את 10 המבחנים בפועל.
    11. עצור הקלטת לכידת תנועה.
    12. קח הפסקה של 2 דקות.
  9. בצע את מלאי המוטיבציה המהותית (תעש) לשימוש במקלות אכילה באמצעות פלטפורמת סקרים מקוונת.

6. ניתוח נתונים קינמטי

  1. יצא את הנתונים של ציוני הדרך הבאים מתוכנת רכישת הנתונים לכידת תנועה. יצא נתוני מיקום בצירי x, y ו- z כקובץ טקסט עבור כל תנאי פעילות.
    קצה מקל אכילה
    מיקום הבית על השולחן
    מיקום יעד בטבלה
    הידיים
    מפרקי מרפקים
    מפרקי כתף (מפרקי גלנוהומרל)
    תא מטען (ב-C7)
  2. עיבוד מקדים של הנתונים הקינטמטיים.
    1. השתמש בקובץ Script מותאם אישית של תיכנות כדי לעבד את הנתונים הקינטמטיים.
    2. סנן והחליק את נתוני המיקום הגולמי באמצעותמסנן מעבר נמוך של Butterworth מסדר שלישי עם ניתוק של 3 הרץ.
    3. חשב את התוצאה של מיקום x, y ו- z-כיוון של היד המבצעת.
  3. קבעו את תחילת התנועה והיסט של כל תפוצת זרוע מכוונת מטרה.
    1. כדי לקבוע את תחילת התנועה המגיעה ואת ההיסט, השתמש במהירות המשיק (הנגזרת הראשונה של נתוני המיקום) כתוצאה מהמיקום התלת-ממדי של היד המבצעת.
    2. הגדר את תחילת התנועה כמסגרת הראשונה של התפוצה, כאשר המהירות המשיק היא מעל 0.01 m/s.
    3. הגדר היסט תנועה כמסגרת האחרונה של התפוצה, כאשר המהירות המשיק היא מעל 0.01 m/s.
    4. בדקו את תחילת התנועה וההיסט הבודדים כדי לוודא שההתחלה וההיסט מסומנים כראוי.
  4. קבע את מהירות השיא. מהירות השיא מוגדרת משרעת המהירות המשיקים המרבית של הניסוי החורגת משרעת של 0.2 מ '/s, ואת מרווח הזמן בין 2 פסגות חייב להיות לפחות 2 שניות13.
  5. חשב משתנים קינמטיים של הגעה לתנועות.
    1. חישוב משך התנועה (MD). חשב את הפרש הזמן בין תחילת התנועה לבין היסט13.
    2. חישוב מהירות שיא (PV). חשב את המהירות הגבוהה ביותר במהלך כל אחד מהתווים.
    3. חשב זמן מוחלט ויחסי למהירות שיא (TTPV ו- TTPV % ממשך התנועה)13.
      1. חשב את הפרש הזמן בין תחילת התנועה למהירות שיא (TTPV מוחלט).
      2. חשב את אחוז ה- TTPV ביחס למשך התנועה (TTPV יחסי).
    4. חשב אידיוט חסר ממדים של יומן רישום.
      1. חשב את הנגזרת השלישית כתוצאה מהמיקום התלת-ממדי של היד המבצעת ולאחר מכן חשב את האידיוט חסר הממדים של כל זרוע המגיעה לתנועה.
    5. לחשב את תזוזת תא המטען במהלך זרוע מכוונת מטרה להגיע לתנועה9,14.
      1. חשב את תזוזת תא המטען.
        1. חשב את הפרש המרחק של ציון הדרך של עורק בין תחילת התנועה לבין היסט. השתמש במשוואה הבאה.
          Equation 1
          כאשר X, Y ו- Z הם מיקומי ציון הדרך של עורקים בציר x- , y ו- z, בהתאמה; 1 היא מסגרת הזמן בתחילת התנועה המגיעה; k מסגרת הזמן בהיסט התנועה המגיעה.
      2. חשב את אורך מסלול הכתף.
        1. חשב את מרחק הנסיעה של ציון הדרך בכתף בין הזרוע המגיעה לתחילת התנועה ולהיסט. ציון הדרך לכתף הוא ציון דרך וירטואלי שעבר דיגיטציה מתוכנת רכישת הנתונים של לכידת תנועה באמצעות מודל השלד של הגפיים העליונות. השתמש במשוואה הבאה לחישוב אורך מסלול הכתף.
          Equation 2
          כאשר X, Y ו- Z הם המיקומים של ציון הדרך לכתף בציר x- , y ו- z, בהתאמה; t היא מסגרת הזמן; t=1 היא מסגרת הזמן בתחילת התנועה המגיעה; t=k מסגרת הזמן בהיסט התנועה המגיעה

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

תוצאות אלו הן נתונים ראשוניים משני צעירים שאינם נכים ושני ניצולי שבץ כרוניים עם פגיעה מוטורית קלה (ציוני Fugl-Meyer של שני משתתפים אלה היו מעל 60 מתוך 66). משתתפים שאינם נכים היו ימניים וביצעו את המשימות ביד ימין. משתתפי השבץ היו גם ימניים לפני השבץ ולשניהם היה hemiparesis הנכון. הם גם ביצעו את המשימה ביד ימין. משתנים קינמטיים אלה בין אוכלוסיות ובין תנאי היעד הושוו באמצעות מבחן הדרגה החתומה של וילקוקסון.

אורך מסלול הכתף הוא מדד רגיש יותר לפיצוי תא המטען במהלך נגיעות זרוע מכוונות מטרה (איור 1). תזוזת תא המטען ואורך מסלול הכתף הושוו כדי לקבוע איזה משתנה יהיה מתאים יותר לייצג פיצוי גזע במהלך נגיעות זרוע מכוונות מטרה. לא היה הבדל משמעותי בתזוזת תא המטען בין מבוגרים שאינם נכים לבין ניצולי שבץ כרוני בכל ארבעת תנאי המשימה. עם זאת, היה אורך מסלול כתף גדול משמעותית עבור ניצולי שבץ כרוני מאשר מבוגרים שאינם נכים להגעה ואיסוף משימות.

לניצולי שבץ כרוני היו מאפיינים קינמטיים שונים של זרוע מכוונת מטרה מאשר לצעירים שאינם נכים בתנאי משימה שונים (איור 2). ניצולי שבץ כרוני הראו איטיים משמעותית (איור 2A & B), יותר תלויי משוב (איור 2C) וזרוע מכוונת מטרה קופצת יותר ( איור2D) מגיעה לארבעה תנאי משימה שונים בהשוואה למבוגרים שאינם נכים. יתר על כן, ניצולי שבץ כרוני הפגינו פיצוי תא מטען גדול משמעותית מאשר מבוגרים שאינם נכים במהלך נגיעות זרוע מכוונות מטרה (איור 2E).

מורכבות המשימה השפיעה על משתנים קינמטיים של תנועת זרוע מכוונת מטרה(איור 2 ו-3). הן מבוגרים שאינם נכים והן ניצולי שבץ כרוני הפגינו זרוע איטית יותר, תלוית משוב ומכוונת מטרה קופצנית יותר למשימה המורכבת יותר הדורשת צניעות רבה יותר ביד מאשר משימת הצבעה פשוטה (איור 2). לא היה הבדל באורך מסלול הכתף בין שתי אוכלוסיות למשימות הצבעה, בעוד ניצולי שבץ הראו אורך מסלול כתף גדול משמעותית מאשר צעירים שאינם נכים למשימות האיסוף (איור 2). יתר על כן, לביצועים המוטוריים הייתה שונות רבה יותר במבחנים למשימה המורכבת יותר בהשוואה למשימת הסימפר(איור 3).

Figure 1
איור 1. השוואה בין שני מדדים קינמטיים שונים של פיצוי תא המטען במהלך נגיעות זרוע מכוונות מטרה. חלקות כינור ירוק מציינות את אורך מסלול הכתף, ועלילות כינור אדום מראות את עקירת תא המטען. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 2
איור 2. השוואה בין זרוע מכוונת מטרה המגיעה לקינאמטיקה בתנאי משימה שונים בין מבוגרים שאינם נכים לבין ניצולי שבץ כרוניים. (A)משך התנועה. קופסאות אדומות הן נתונים של משתתפי שבץ כרוני, וקופסאות כחולות הן נתונים של מבוגרים שאינם נכים. (B)משרעת מהירות שיא. (ג)זמן יחסי למהירות שיא. משתנה זה הוא הזמן לשיא המהירות כאחוז ממשך התנועה. (ד)רשום אידיוט חסר ממדים. משתנה זה מציין את חלקות התנועה. ערך שלילי גבוה יותר במשתנה זה פירושו תנועה קופצנית יותר. (ה)אורך מסלול הכתף. משתנה זה מציין את סכום הפיצוי לתא המטען במהלך שהזרוע מכוונת המטרה מגיעה לכל כיווני ה- x, y ו- z. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 3
איור 3. הדמיה של זרוע מכוונת מטרה המגיעה לקינטיקה. (A) זרוע מכוונת מטרה המגיעה לביצוע משימת תפוצה ונקודה עם מטרה גדולה. (B) זרוע מכוונת מטרה המגיעה לביצועים של משימת תפוצה ואיסוף עם אובייקט גדול. תנוחות הכתף, המרפק, היד והקצה של ציוני דרך של מקלות אכילה מוצגות עם נקודות צבעוניות עבור כל עשר הזרועות המגיעות למבחנים למצב המשימה. עמדות של ציוני דרך אלה, זרוע, ויד על תחילת התנועה קיזוז מודגשים סגול וכתום, בהתאמה. לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

תוצאות ראשוניות תומכות בכך שפרוטוקול זה עשוי להיות מתאים כדי לחקור את ההשפעה של מורכבות המשימה על פיצוי תא המטען וזרוע מכוונת מטרה המגיעה לקיינמטיקה הן אצל מבוגרים שאינם נכים והן אצל ניצולי שבץ כרוני.

תוצאות מייצגות אלה תומכות גם בכך שפרוטוקול זה עשוי להיות מתאים כדי לקבוע את ההבדלים הקינמטיים בזרוע מכוונת מטרה בין מבוגרים שאינם נכים לבין ניצולי שבץ כרוני. ממצאים אלה עולים בקנה אחד עם מחקרים קודמים שאפיינו את זרועם המכוונת למטרה של ניצולי שבץ כרוני כתנועות איטיות יותר, קופצניות יותר ומבוססות משוב יותר בהשוואה לפקדים שאינם נכים9,13,14.

במחקר ראשוני זה, משימה מוטורית יד בסדר באמצעות זוג מקלות אכילה הועסק. להרים אובייקט קטן באמצעות זוג מקלות אכילה דורש רמה גבוהה של דרגת דרגת יד15,16. משימה זו שימשה במחקרים קודמים כדי לחקור את תפקוד המוח במהלך הביצועים של משימות מוטוריות ביד עדינה15,16,17. כמו כן, משימת איסוף האובייקט באמצעות זוג מקלות אכילה יכולה לשמש גם כהתערבות לשיפור מיומנויות מוטוריות יד עדינות באוכלוסיות נוירולוגיות18,19,20. תוצאות ראשוניות אלה תומכות בכך שאנשים לאחר שבץ מוחי עם פגיעה קלה במנוע הגפיים העליונות יכולים לבצע את משימת איסוף האובייקטים באמצעות זוג מקלות אכילה.

תוצאות מייצגות אלה תומכות בשימוש בפרוטוקול זה כדי לחקור את ההשפעה של מורכבות המשימה על אסטרטגיות תנועה הן אצל מבוגרים שאינם נכים והן אצל אנשים לאחר שבץ. השערה כי ניצולי שבץ כרוני ינצלו פיצוי נוסף לתא המטען עבור משימה מוטורית מורכבת יותר נבדקה עם שני מבוגרים שאינם נכים ושני ניצולי שבץ כרוניים. ניתוח נתונים ראשוני בחן את החלק המגיע (הובלת היד) של ביצועי המשימה המוטורית. תוצאות אלה תומכות בכך שאנשים משתמשים בזרוע מכוונת מטרה שונה כדי להגיע לאסטרטגיות תנועה למשימות שונות. באופן ספציפי, הן אנשים שאינם נכים והן ניצולי שבץ כרוני מתכננים את התנועה באופן שונה כאשר יש להם מטרות משימה שונות. עבור המשימה להגיע ולהצביע, המטרה הסופית היא להקיש על היעד עם קצה של מקל אכילה. מצד שני, המטרה הסופית של משימת איסוף האובייקט היא לתפעל את מקלות האכילה כדי להרים את האובייקט במדויק. לכן, משימת איסוף האובייקט דורשת נקודת קצה מדויקת יותר של קצה מקל האכילה. דרישות מוגברות לדיוק מיקום נקודת הקצה גורמות למשתתף לנוע לאט יותר כדי לשלוט במשפיע נקודת הקצה בצורה מדויקת יותר. לפיכך, יש לשער כי המשתתפים הסתמכו יותר על שליטה מבוססת משוב של הזרוע מכוונת המטרה מגיע למשימת איסוף האובייקט בהשוואה למשימת הצבעה. יתר על כן, שימוש בפיצוי רב יותר עבור משימת איסוף האובייקטים מאשר משימת ההצבעה יכול להיות אסטרטגיית בקרה מוטורית כדי לשפר את דיוק בקרת אפקט נקודת הקצה על ידי הפחתת דרגות החופש של הקצה העליון. 1 שימוש בתנועות תא מטען מפצות מפחית את הצורך לשלוט בדרגות מורכבות יותר של חופש הכתף ומפרקי המרפק. במילים אחרות, הגדלת הפיצוי בתא המטען במהלך ביצוע משימות מוטוריות מורכבות יותר תגדיל את ההסתברות להישג מטרת המשימה.

תוצאות ראשוניות אלה תומכות בכך שאורך מסלול הכתף הוא מדד רגיש יותר לפיצוי תא המטען במהלך שהזרוע מכוונת המטרה מגיעה לניצולי שבץ כרוניים. אף על פי שתזוזת תא המטען היא המשתנה הקינטמטי הנפוץ ביותר בספרות הנוכחית, יש לה מגבלה משמעותית בייצוג פיצוי תא המטען במהלך שהזרוע מכוונת המטרה מגיעה ל-9,14. בעוד תזוזת תא המטען לוכדת כיפוף תא המטען, פיצוי תא המטען במהלך נגיעות הזרוע יכול להתבצע על ידי שילוב של כיפוף תא המטען, סיבוב, וכיפוף לרוחב. תוצאות ראשוניות אלה הראו ניגודיות רבה יותר באורך מסלול הכתף בין מבוגרים שאינם נכים לבין ניצולי שבץ כרוני בהשוואה לאמצעי עקירת הגזע. לפיכך, פרוטוקול זה מציע את אורך מסלול הכתף, שהוא מרחק הנסיעה של ציון הדרך בכתף (הקצה הרוחבי של עצם הבריח) בין הזרוע המגיעה לתחילת התנועה לבין הקיזוז, כדי לאפיין תנועת תא מטען מפצה במהלך ביצועי זרוע מכוונת מטרה. מחקרים עתידיים עם גודל מדגם גדול יותר צריכים להתבצע כדי לקבוע את המאפיינים של מדד פיצוי גזע חדשני זה.

למרות שהתוצאות הייצוגיות שלנו תומכות בכלי השירות של פרוטוקול זה, החוקרים צריכים להיות זהירים לגבי השימוש בפרוטוקול זה כדי לחקור את הקשר בין תנאי המשימה והזרוע המגיעים לקינאמטיקה של תנועה אצל ניצולי שבץ כרוניים. משימת איסוף האובייקטים באמצעות מקלות אכילה לא תתאים לניצולי שבץ כרוניים עם פגיעה מוטורית בינונית עד חמורה בגפיים העליונות, שכן אנשים עם חומרה גדולה יותר של פגיעה מוטורית עדינה ביד עשויים להתקשות יותר מדי בביצוע משימה זו. באופן ספציפי, האובייקט הקטן יותר ששימש במחקר זה היה קוביית פלסטיק 3 מ"מ על הקצה. להרים את האובייקט הקטן הזה עשוי להיות קשה מדי לביצוע עבור אלה שיש להם פגיעה מוטורית ביד חמורה, אפילו עם האצבעות שלהם. לחלופין, אנו ממליצים להשתמש בפינצטה במקום מקלות אכילה כדי לבצע את משימת איסוף האובייקט אם פרוטוקול זה ישמש למחקר עם אנשים שלאחר שבץ עם פגיעה מוטורית חמורה יותר ביד. משימת איסוף האובייקטים באמצעות פינצטה שימשה במחקרים קודמים. 18,19 המשימה המוטורית פינצטה דורש רמה דומה של ירידה ביד עבור המשימה מנוע צ'ופסטיקס, אבל קל יותר מאשר המשימה מקל אכילה, וזה יהיה ריאלי יותר עבור אנשים שלאחר שבץ עם פגיעה מוטורית בגפיים העליונות חמורות. 18 ,18

פיצוי תא המטען המוגבר במשימת איסוף האובייקטים באמצעות מקלות אכילה עשוי להיות מושפע מחידוש המשימה למשתתפים, בהתחשב בכך שאסטרטגיית שליטה מוטורית למשימה חדשה מקפיאה כמה דרגות חופש ולכל המשתתפים במחקר ראשוני זה לא היה ניסיון או מעט בשימוש במקלותאכילה 21. השימוש בתנועות תא המטען קשור לדרגות חופש מופחתות במפרקי הכתף והמרפקים. לכן, תנועת תא מטען מפצה במהלך המשימה איסוף האובייקט עשוי להיות מנוצל כדי להפחית את דרגות החופש ולהפוך את התנועה להגיע יותר לשליטה כדי להשיג את מטרת המשימה. לכן, פיצוי עורק מוגבר במשימת איסוף האובייקטים בהשוואה למשימת הצבעה עשוי להיות קשור לחידוש המשימה למשתתפים.

התוצאות הייצוגיות הן ממספר קטן של משתתפים. לכן, מחקרים קליניים בקנה מידה גדול יותר צריך להתבצע כדי להדגים את היעילות של פרוטוקול זה ואת השירות כדי לחקור את הקשר בין תנאי משימה מוטורית אסטרטגיות תנועה אצל ניצולי שבץ כרוני.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין גילוי נאות.

Acknowledgments

המחברים מבקשים להעריך את כריסטופר נוויל, ג'ירולמו ממוליטו ו פ. ג'רום פבוליאן על תרומתם החיונית לפיתוח פרוטוקול זה ואיסוף נתונים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
A pair of chopsticks NA NA 20 cm length, one chopstick had the passive motion capture markers (custom made)
Auditory cues for motor tasks NA NA Custom made audio file are played on a smart phone
Matlab R2018b software Mathworks
MotionMonitor v 8.52 Software Innovative Sports Training, Inc., Chicago, IL
Perdue Pegboard Test
Plastic cubes (0.3 cm on edge) NA NA Custom made plastic cubes with 0.3 cm on edge. These were made using 3D printer
Plastic cubes (1cm on edge) NA NA Custom made plastic cubes with 1 cm on edge. These were made using 3D printer
Template print NA NA Custom made templates of the motor tasks, including home position, outlines of target positions.
Vicon 512 Motion-analysis System and Work station v5.2 software OMG plc, Oxford, UK

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Spinazzola, L. Impairments of trunk movements following left or right hemisphere lesions: dissociation between apraxic errors and postural instability. Brain. 126 (12), 2656-2666 (2003).
  2. Michaelsen, S. M., Jacobs, S., Roby-Brami, A., Levin, M. F. Compensation for distal impairments of grasping in adults with hemiparesis. Experimental Brain Research. 157 (2), 162-173 (2004).
  3. Saposnik, G., Levin, M. SORCan SORC. Virtual Reality in Stroke Rehabilitation A Meta-Analysis and Implications for Clinicians. Stroke. 42 (5), 1380-1386 (2011).
  4. Levin, M. F., Snir, O., Liebermann, D. G., Weingarden, H., Weiss, P. L. Virtual Reality Versus Conventional Treatment of Reaching Ability in Chronic Stroke: Clinical Feasibility Study. Neurology and Therapy. 1 (1), 3 (2012).
  5. Knaut, L. A., Subramanian, S. K., McFadyen, B. J., Bourbonnais, D., Levin, M. F. Kinematics of pointing movements made in a virtual versus a physical 3-dimensional environment in healthy and stroke subjects. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 90 (5), 793-802 (2009).
  6. Mastos, M., Miller, K., Eliasson, A. C., Imms, C., Mastos, M., Eliasson, A. C., Imms, C. M. K., Mastos Miller, K., Eliasson, A. C., Imms, C. M. Goal-directed training: linking theories of treatment to clinical practice for improved functional activities in daily life. Clinical Rehabilitation. 21 (1), 47-55 (2007).
  7. Harris, C. M., Wolpert, D. M. Signal-dependent noise determines motor planning. Nature. 394, 780-784 (1998).
  8. Gentilucci, M. Object motor representation and reaching-grasping control. Neuropsychologia. 40 (8), 1139-1153 (2002).
  9. Subramanian, S. K., Yamanaka, J., Chilingaryan, G., Levin, M. F. Validity of Movement Pattern Kinematics as Measures of Arm Motor Impairment Poststroke. Stroke. 41 (10), 2303-2308 (2010).
  10. Strenge, H., Niederberger, U., Seelhorst, U. Correlation between Tests of Attention and Performance on Grooved and Purdue Pegboards in Normal Subjects. Perceptual and Motor Skills. 95 (2), 507-514 (2002).
  11. Lin, J. -H., Hsu, M. -J., Sheu, C. -F., et al. Psychometric comparisons of 4 measures for assessing upper-extremity function in people with stroke. Physical Therapy. 89 (8), 840-850 (2009).
  12. See, J., Dodakian, L., Chou, C., et al. A standardized approach to the fugl-meyer assessment and its implications for clinical trials. Neurorehabilitation and Neural Repair. 27 (8), 732-741 (2013).
  13. Murphy, M. A., Willén, C., Sunnerhagen, K. S. Kinematic Variables Quantifying Upper-Extremity Performance After Stroke During Reaching and Drinking From a Glass. Neurorehabilitation and Neural Repair. 25 (1), 71-80 (2011).
  14. Michaelsen, S. M., Jacobs, S., Roby-Brami, A., Levin, M. F. Compensation for distal impairments of grasping in adults with hemiparesis. Experimental Brain Research. 157, 162-173 (2004).
  15. Järveläinen, J., Schürmann, M., Hari, R., Jarvelainen, J., Schurmann, M., Hari, R. Activation of the human primary motor cortex during observation of tool use. Neuroimage. 23 (1), 187-192 (2004).
  16. Imazu, S., Sugio, T., Tanaka, S., Inui, T. Differences between actual and imagined usage of chopsticks: An fMRI study. Cortex. 43 (3), 301-307 (2007).
  17. Ishii, R., Schulz, M., Xjang, J., et al. MEG study of lang-term cortical reoganization of senorimotor areas with respect to using chopsticks. Neuroreport. 13 (16), 2155-2159 (2002).
  18. Chen, H. M., Chang, J. J. The skill components of a therapeutic chopsticks task and their relationship with hand function tests. Kaohsiung Journal of Medical Sciences. 15 (12), 704-709 (1999).
  19. Shin, S., Demura, S., Aoki, H. Effects of prior use of chopsticks on two different types of dexterity tests: Moving Beans Test and Purdue Pegboard. Perceptual and Motor Skills. 108 (2), 392-398 (2009).
  20. Ma, H. -i, Trombly, C. A., Robinson-Podolski, C. The Effect of Context on Skill Acquisition and Transfer. American Journal of Occupational Therapy. 53 (2), 138-144 (1999).
  21. Rosenbaum, D. A., Engelbrecht, S. E., Bushe, M. M., Loukopoulos, L. D. Knowledge Model for Selecting and Producing Reaching Movements. Journal of Motor Behavior. 25 (3), 217-227 (1993).

Tags

מדעי המוח גיליון 171 שיקום שבץ מוחי אסטרטגיות תנועה מפצה תנאי משימה שבץ כרוני קינמטיקה ניתוח תנועה גפיים עליונות שליטה מוטורית ביד עדינה
ההשפעה של תנאי משימה מוטוריים על זרוע מכוונת מטרה להגיע Kinematics ופיצוי תא המטען בניצולי שבץ כרוני
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Girnis, J., Agag, T., Nobiling, T.,… More

Girnis, J., Agag, T., Nobiling, T., Sweet, V., Kim, B. The Impact of Motor Task Conditions on Goal-Directed Arm Reaching Kinematics and Trunk Compensation in Chronic Stroke Survivors. J. Vis. Exp. (171), e61940, doi:10.3791/61940 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter