Usando uma escada rolante Split-cinto para avaliar a generalização de adaptação de locomoção humana
Summary
Descreveremos um protocolo para a investigação de adaptação de locomoção humana usando o treadmill split-correia, que tem dois cintos que podem conduzir cada perna em uma velocidade diferente. Focalizamos especificamente um paradigma concebido para testar a generalização de padrões de locomoção adaptados aos diferentes contextos curta (por exemplo, velocidades de marcha, andando de ambientes).
Abstract
Compreender os mecanismos de aprendizagem motora subjacente ajuda pesquisadores e clínicos otimizar marcha reciclagem como parte da reabilitação de motor. No entanto, estudando a aprendizagem motora humana pode ser um desafio. Durante a infância e a infância, o sistema neuromuscular é muito imaturo, e é improvável que aprendizagem motora durante as fases iniciais de desenvolvimento é regulada pelos mesmos mecanismos como na idade adulta. Pelos seres humanos tempo atingir a maturidade, são tão eficientes a curta que é difícil de arranjar uma tarefa suficientemente nova para estudar a aprendizagem motora de novo . A esteira de separação-cinto, que tem dois cintos que podem conduzir cada perna em uma velocidade diferente, permite o estudo de dois curtas-(ou seja, imediata) e a longo prazo (ou seja, nos minutos-dias; uma forma de aprendizagem motora) marcha modificações em resposta a um nova mudança no ambiente ambulante. Indivíduos facilmente podem ser selecionados para exposição anterior a esteira separação-cinto, garantindo assim que todos os participantes experimentais não têm (ou equivalente) experiência prévia. Este artigo descreve um protocolo de adaptação de esteira de separação-cinto típico que incorpora os métodos de ensaio para quantificar a aprendizagem motora e generalização deste aprendizado para outros contextos ambulante. Uma discussão de considerações importantes para a concepção de divisão-cinto esteira segue, incluindo fatores como esteira correia velocidades, intervalos de descanso e desviadores de experiências. Além disso, potencial mas pouco estudado confundimento variáveis (por exemplo, os movimentos do braço, experiência prévia) são consideradas na discussão.
Introduction
Uma esteira de separação-cinto tem dois cintos que podem guiar cada perna em uma velocidade diferente ou em uma direção diferente. Este dispositivo foi usado primeiramente mais de 45 anos atrás como uma ferramenta para estudar a coordenação entre as pernas (ou seja, coordenação interlimb) durante a marcha1. Este e outros estudos iniciais usada principalmente gatos como um modelo experimental1,2,3, mas os insetos também foram estudados4. As primeiras investigações de locomoção de split-cinto em bebês humanos e adultos foram publicadas em 1987 e 1994, respectivamente,5,6. Estes estudos iniciais em animais humanos e não humanos principalmente investigaram a curto prazo (ou seja, imediata) ajustes na coordenação interlimb para preservar a estabilidade e progressão para a frente, quando as pernas são conduzidas em diferentes velocidades. Um estudo de 1995 observou que períodos mais longos (vários minutos) de divisão-cinto andando diminuída a capacidade dos humanos adultos com precisão perceber a velocidade da correia de esteira e fazer ajustes para igualar as velocidades de cada lado. Isto sugere que o mapeamento sensório-motor de andar tinha sido recalibrada7. No entanto, não foi até 2005, que o primeiro cinemático relatório detalhado da adaptação motor humano mais de 10 minutos de esteira de separação-cinto andando foi publicado8.
Adaptação motor refere-se a um processo orientado em erro, durante o qual mapeamentos sensório-motor dos movimentos bem aprendidos são ajustados em resposta a uma demanda previsível, Nova9. É uma forma de aprendizagem motora que ocorre durante um período prolongado de prática (minutos a horas) e resulta em efeitos secundários, que são as alterações no padrão de movimento quando a demanda é removida e/ou condições de voltar ao normal. Por exemplo, andar na divisão-cintos inicialmente faz com que as pessoas andem com coordenação interlimb assimétrica, assemelhando-se a coxear. Ao longo de vários minutos de split-cinto andando, pessoas adaptarem sua coordenação ambulante assim sua marcha torna-se mais simétrica. Quando os dois cintos retornam posteriormente para a mesma velocidade (ou seja, amarrado-correias), restaurando assim condições normais ambulante, as pessoas demonstram sequelas andando com coordenação assimétrica. Estes efeitos devem ser ativamente de adaptados ou aprendido ao longo de vários minutos de cinto amarrado a andar antes de coordenação pé normal é restaurada8.
Seguindo a. Reisman et al 2005 8 análise cinemática da divisão correia andando em seres humanos, o uso da esteira separação-cinto na pesquisa publicada aumentou aproximadamente dez vezes em comparação com a década anterior. Por que a esteira de separação-cinto está se tornando mais popular como uma ferramenta experimental? Split-cinto deambulação é claramente uma tarefa de laboratório – o analógico mundo real mais próximo está virando ou andando em círculo apertado, mas a esteira de separação-cinto induz uma versão muito mais extrema de viragem, com uma perna sendo conduzida duas a quatro vezes mais rápido do que o outro. O fato de que a esteira de separação-cinto é que uma tarefa altamente incomum ambulante oferece diversas vantagens para estudar a aprendizagem motora. Primeiro, é a novela para a maioria das pessoas, independentemente da idade e independente de curta experiência; é fácil aos participantes experimental de tela para a novidade de dividir-cinto andar. Em segundo lugar, a esteira de separação-cinto induz mudanças consideráveis na coordenação interlimb que não são resolvidas rapidamente. As taxas relativamente lentas de adaptação e de adaptação nos permitem estudar a formação como diferente intervenções podem alterar estas taxas sem se aproximando de um teto. Terceiro, a cinemática8,10, cinética11,12,13,14, eletromiográfica6,15,16 , e perceptual7,17,18,19 modificações que ocorrem com adaptação de cinto de separação da esteira foi bem estudadas, e tem o controle neural desta tarefa20 ,21,22. Em outras palavras, adaptações para a esteira de separação-cinto foram documentadas e replicadas por vários grupos diferentes, esta fazendo uma tarefa de aprendizagem motora bem caracterizadas.
Nos últimos dez anos, diversos estudos têm demonstrado a natureza específicos do contexto e tarefa de adaptação de cinto de divisão. Sequelas após separação-cinto de adaptação são significativamente reduzidas em amplitude se eles são testados em condições diferentes a partir da condição de treinamento. Por exemplo, os efeitos são menores, se a pessoa for movida para um ambiente diferente (por exemplo, sobre o chão andar23), executa uma tarefa diferente de locomoção (por exemplo, para trás caminhar ou correr13, 24), ou mesmo anda a uma velocidade que difere da velocidade da correia mais lenta durante a adaptação,25. Esforços para estabelecer parâmetros que regem a generalização de adaptação de locomoção estão em andamento.
O objetivo deste trabalho é descrever um protocolo para o uso da esteira de separação-cinto para investigar de adaptação de locomoção humana e generalização do padrão adaptada para outros contextos ambulante (ou seja, diferentes velocidades ambulante e ambientes). Enquanto o protocolo descrito aqui é mais diretamente derivada do utilizado no Hamzey et al . 25 (Figura 1a), deve-se notar que este protocolo foi informado por um número de estudos que o precederam8,23,24,26, 27,28. O método foi originalmente desenvolvido para testar a hipótese de que mantendo a constância na velocidade de caminhada entre a esteira e ambientes de chão melhoraria a generalização da divisão-cinto atravessando esses diferentes ambientes25. Na seção protocolo abaixo, damos instruções sobre como replicar esta versão do método split-correia da escada rolante, com notas que indicam como determinadas etapas de protocolo podem ser modificadas para fins diferentes do método.
Protocol
Representative Results
Discussion
Numerosos estudos têm mostrado agora que as pessoas se adaptar a coordenação da marcha sobre uma esteira de separação-cinto para restabelecer a simetria em parâmetros de coordenação interlimb como o comprimento do passo e a duração do suporte duplo. Quando as condições naturais de pé são restaurado split-cinto seguir andando, participantes continuam usar o padrão de marcha adaptados, levando a sequelas que tem que ser aprendido para retornar ao normal coordenação ambulante. Pesquisadores utilizam princip…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado por um americano coração Associação cientista desenvolvimento Grant (#12SDG12200001) para E. Vieira. Afiliação atual de R. Hamzey é o departamento de engenharia mecânica, Universidade de Boston, Boston, MA, EUA. Afiliação atual do E. Kirk é MGH Instituto de profissões da saúde departamento de fisioterapia.
Materials
| Split-belt treadmill | Woodway | The WOODWAY SPLIT-BELT is an advanced gate measurement and analysis tool used for synchronous or asynchronous running/walking. With its unique and innovative dual belt system, the "SPLIT-BELT," provides infinitely variable speed control of each leg independently. Used for gait rehab, the gas-assisted, fully adjusted handrail options provide more room for therapists and patients. | |
| Codamotion CX1 | Charmwood Dynamics, Ltd, Leicestershire, UK |
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