Meting van ruimtelijke stabiliteit in precisiegrip
Summary
Het doel van dit protocol is om het centrum van druk (COP) vervanging te meten met behulp van een hoge ruimtelijke resolutie sensor blad om de ruimtelijke stabiliteit in een precisie grip weer te geven. Het gebruik van dit protocol zou kunnen bijdragen tot een beter begrip van de fysiologie en pathofysiologie van het grijpen.
Abstract
Het doel van het protocol is om indirect de richting van de vingerkracht te evalueren tijdens manipulatie van een handobject op basis van de biomechanische relaties waarin afgeweken krachtrichting centrum van drukvervanging (COP) veroorzaakt. Om dit te evalueren, wordt een dunne, flexibele en hoge ruimtelijke resolutie druksensorplaat gebruikt. Het systeem maakt het mogelijk om het COP-traject te meten naast de krachtamplitude en de temporele regulatie ervan. Een reeks experimenten wees uit dat een verhoogde baanlengte een sensorimotorische tekort weerspiegelde bij beroertepatiënten, en dat het verminderde COP-traject een compenserende strategie weerspiegelt om te voorkomen dat een object uit de handgreep bij ouderen glijdt. Bovendien zou het COP-traject ook kunnen worden verminderd door dubbele taakinterferentie. Dit artikel beschrijft de experimentele procedure en bespreekt hoe vinger COP bijdraagt aan een goed begrip van de fysiologie en pathofysiologie van het grijpen.
Introduction
Force control is de basis van precisiegrip. In vergelijking met power grip, precisie grip evalueert de minimale kracht output weerspiegelt de mogelijkheid om een object te manipuleren. Meerdere sensorimotorsystemen dragen bij aan precisiegrip. Tijdens een grip- en lifttaak maakt visuele informatie bijvoorbeeld de perceptie van de grootte en vorm van het object mogelijk. Nadat de vingertoppen het object hebben aangeraakt, worden tactiele signalen naar de somatosensorische cortex geleverd om de precisiegreepkracht aan te passen. Gripkracht (GF) wordt gegenereerd wanneer de vingertoppen contact maken met het object en deze toeneemt tijdens de hijsfase1. Wanneer een object de doelhoogte in de lucht nadert, produceren gezonde jonge volwassenen de minimale GF om cutane input van de vingerpullen te optimaliseren en energie te besparen. Aan de andere kant, oudere volwassenen gebruiken een grote grip kracht om te voorkomen dat het object glijden uit hun greep2. Bij beroertepatiënten wordt het begin van de gripkracht vertraagd en wordt de mogelijkheid om de veiligheidsmarge aan te passen aangetast als gevolg van sensorische en motorische tekorten. Overdreven grip kracht wordt beschouwd als een strategische reactie ter compensatie van sensorische en motorische tekorten3.
Het standaardprotocol voor het meten van GF-controle in precisiegrip werd voorgesteld door Johansson en Westling in de jaren 19804. Ze ontwikkelden een apparaat om zowel de belasting als de gripkrachten tegelijkertijd te monitoren. Sindsdien zijn GF amplitude en de temporele regulatie ervan gebruikt als typische kinetische parameters in tal van studies over precisiegrip. Een andere kinetische parameter is de krachtrichting5. De krachtrichting vloeit voort uit een combinatie van grip en hefkrachten. Om stabiele precisiegreep te behouden, moeten goed gerichte grip- en hefkrachten tussen duim en wijsvinger worden gegenereerd en kan de afwijkende krachtrichting ruimtelijke instabiliteit veroorzaken. Hoewel verschillende load cell-type kracht richting instrumenten worden gebruikt in het grijpen studies, deze instrumenten hebben een beperking in termen van het toezicht op de grip kracht controle in het manipuleren van objecten van verschillende grootte en vormen die worden gebruikt in het dagelijks leven. Zo is een flexibele en attachable sensor essentieel om de relaties tussen gripkrachtcontrole en dagelijkse functies te onderzoeken.
Het doel van dit protocol is om indirect de vingerkrachtrichting te evalueren tijdens manipulatie van een object op basis van de biomechanische relatie waarin afwijkende krachtrichting centrum van druk (COP) vervanging veroorzaakt. De COP is het centrum van alle krachten, en vertegenwoordigt hoe de krachten in evenwicht zijn op de sensor plaat. Het gebruik van COP om grip force control te evalueren werd voor het eerst voorgesteld door Augurelle et al.6. Ze controleerden cop verplaatsing om de rol van cutane feedback te onderzoeken en vond dat afgeweken COP opgetreden na digitale anesthesie. Cop-verplaatsing werd echter alleen verticaal gecontroleerd in hun studie; daarom is de COP-verplaatsing in een driedimensionale ruimte niet voldoende geëvalueerd. Om deze beperking op te lossen werd een dunne, flexibele en hoge ruimtelijke resolutie druksensor gebruikt om COP te meten. Relatief hoge sensor met een ruimtelijke resolutie (~60-100 punten per cm2)om gripkrachtcontrole te meten is gebruikt7,8, maar recente vooruitgang in ruimtelijke resolutie (248 punten per cm2) maakt het meten van het COP-traject mogelijk als parameter om ruimtelijke stabiliteit te kwantificeren. Dit document beschrijft de experimentele procedure en bespreekt hoe vinger COP bijdraagt aan het begrip van de fysiologie en pathofysiologie van het grijpen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze experimentele procedure levert het bewijs dat een flexibele druksensor plaat nuttig kan zijn voor het evalueren van ruimtelijke stabiliteit tijdens precisiegrip. Veranderde grip kracht richting staat voor het grijpen van ruimtelijke instabiliteit, zoals een vinger slip. Echter, bestaande load cell-type kracht richting instrumenten hebben een beperking in termen van het waarborgen van een natuurlijke reach-to-grip beweging. Om dit technische probleem op te lossen, werd het COP-traject van het gebied tussen de vingerp…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken de heer T. Nishida (technicus, afdeling Verkoop, Divisie van Device Performance Materials, Nitta Co, Ltd, Osaka, Japan.) voor technische ondersteuning.
Materials
| Alcohol swab | Wipe participant’s finger pulps | ||
| Compressor | Nitta Corporation | Apply pressure to the sensor seats | |
| Computer | |||
| Controller of compressor | Nitta Corporation | Use to manupirate the compressor | |
| Double-sides tapes | Use to attach the sensorseats to the iron cube | ||
| Iron cube | 150-250g, 30×30×30 mm | ||
| Sensor connector | Connect the sensorseats to computer. | ||
| Sensor sheet | Pressure Mapping Sensor 5027, Tekscan, South Boston, MA, 50 USA | ||
| Setting stand | Set the iron cube on it during the measurement | ||
| Software; I-SCAN 5027, Ver. 7.51 | Nitta Corporation | ||
| Table | Use for the measurement |
References
- Johansson, R. S., Flanagan, J. R. Coding and use of tactile signals from the fingertips in object manipulation tasks. Nature Reviews Neuroscience. 10 (5), 345-359 (2009).
- Cole, K. J. Grasp force control in older adults. Journal of Motor Behavior. 23 (4), 251-258 (1991).
- Lang, C. E., Schieber, M. H., Nowak, D. A., Hermsdörfer, J. Stroke. Sensorimotor control of grasping. , 296-310 (2009).
- Johansson, R. S., Westling, G. Roles of glabrous skin receptors and sensorimotor memory in automatic control of precision grip when lifting rougher or more slippery objects. Experimental Brain Research. 56 (3), 550-564 (1984).
- Parikh, P. J., Cole, K. J. Handling objects in old age: forces and moments acting on the object. Journal of Applied Physiology. 112 (7), 1095-1104 (2012).
- Augurelle, A. S., Smith, A. M., Lejeune, T., Thonnard, J. L. Importance of cutaneous feedback in maintaining a secure grip during manipulation of hand-held objects. Journal of Neurophysiology. 89 (2), 665-671 (2003).
- Monzée, J., Lamarre, Y., Smith, A. M. The effects of digital anesthesia on force control using a precision grip. Journal of Neurophysiology. 89 (2), 672-683 (2003).
- Fortier-Poisson, P., Langlais, J. S., Smith, A. M. Correlation of fingertip shear force direction with somatosensory cortical activity in monkey. Journal of Neurophysiology. 115 (1), 100-111 (2016).
- Kurihara, J., Lee, B., Hara, D., Noguchi, N., Yamazaki, T. Increased center of pressure trajectory of the finger during precision grip task in stroke patients. Experimental Brain Research. 237 (2), 327-333 (2018).
- Noguchi, N., et al. Grip force control during object manipulation in cervical myelopathy. Spinal Cord. , (2020).
- Lee, B., Miyanjo, R., Tozato, F., Shiihara, Y. Dual-task interference in a grip and lift task. The Kitakanto Medical Journal. 64 (4), 309-312 (2014).
