Con una cinta de cinturón de Split para evaluar la generalización de la adaptación humana Aparato Locomotor
Summary
Se describe un protocolo para la investigación de adaptación humana aparato locomotor utilizando la cinta de cinturón de split, que tiene dos correas que pueden manejar cada pierna a una velocidad diferente. Específicamente nos enfocamos en un paradigma diseñado para probar la generalización de patrones locomotores adaptados a diferentes contextos a pie (por ejemplo, velocidades de marcha, pocos entornos).
Abstract
Comprensión de los mecanismos subyacentes de aprendizaje locomotor ayuda a los investigadores y los clínicos optimización paso reciclaje como parte de la rehabilitación del motor. Sin embargo, puede ser difícil estudiar aprendizaje locomotor humano. Durante la infancia y la niñez, el sistema neuromuscular es muy inmaduro y es poco probable que aprendizaje locomotor durante etapas tempranas del desarrollo se rige por los mismos mecanismos que en la edad adulta. Por el tiempo los seres humanos alcanzan la madurez, son tan competentes en el caminar que es difícil llegar a una tarea lo suficientemente novedosa para el estudio de aprendizaje locomotor de novo . La cinta de cinturón de split, que tiene dos correas que pueden manejar cada pierna a diferentes velocidad, permite el estudio de ambos cortos (es decir, inmediata) y a largo plazo (es decir, en minutos días; una forma de aprendizaje motor) marcha modificaciones en respuesta a una nuevo cambio en el entorno a pie. Individuos pueden fácilmente ser defendidos para exposición previa a la cinta de cinturón de split, garantizando que todos los participantes experimentales no tienen (o equivalente) experiencia previa. Este papel describe un protocolo de adaptación típico split-cinta caminadora que incorpora métodos de pruebas para cuantificar el aprendizaje locomotor y generalización de este aprendizaje a otros contextos a pie. Una discusión de consideraciones importantes para el diseño de split-banda caminadora experimentos sigue, incluyendo factores como caminadora banda velocidades, descansos y elementos interactivos. Además, potencial pero escasamente variables confusoras (p. ej., movimientos de brazos, experiencia previa) son consideradas en la discusión.
Introduction
Una cinta de cinturón de split tiene dos correas que pueden manejar cada pierna a una velocidad diferente o en una dirección diferente. Este dispositivo fue utilizado primero hace como una herramienta más de 45 años para el estudio de coordinación entre las piernas (es decir, coordinación interlimb) durante la marcha1. Este y otros estudios iniciales utilizan principalmente gatos como un modelo experimental1,2,3, pero insectos fueron también estudiados4. Las primeras investigaciones de split-cinturón de locomoción en los infantes y adultos fueron publicadas en 1987 y 1994, respectivamente de5,6. Estos estudios iniciales en animales humanos y no humanos investigan sobre todo a corto plazo (es decir, inmediata) ajustes en coordinación interlimb para preservar la estabilidad y la progresión hacia adelante cuando las piernas son conducidas a velocidades diferentes. Un estudio de 1995 señaló que períodos más prolongados (varios minutos) de split-cinta caminar deterioraron la capacidad de humanos adultos para percibir la velocidad de la cinta caminadora y hacer los ajustes exactamente para igualar velocidades en cada lado. Esto sugiere que la asignación sensoriomotora de caminar ha sido recalibrado7. Sin embargo, no fue hasta 2005 que el primer informe detallado de cinemática de adaptación humana motor durante 10 minutos de split-banda caminadora caminar fue publicado8.
Adaptación de motor se refiere a un proceso impulsado por el error que asignaciones sensoriomotoras de movimientos bien aprendidas se ajustan en respuesta a una demanda nueva, previsible9. Es una forma de aprendizaje motor que se produce durante un período de práctica prolongado (minutos a horas) y resultados en efectos secundarios, que son cambios en el patrón de movimiento cuando se retira la demanda y condiciones de volver a la normalidad. Por ejemplo, caminar en split-correas inicialmente causa gente caminar con coordinación interlimb asimétrica, que se asemeja a una cojera. Durante varios minutos a pie de split-correa, personas adaptan su poca coordinación para que su andar se vuelve más simétrica. Cuando los dos cinturones de volver posteriormente a la misma velocidad (es decir, atado correas), así restablecer condiciones normales de a pie, gente demostrar efectos caminando con coordinación asimétrica. Estas secuelas deben adaptarse activamente eliminar o ignorantes durante varios minutos de cinturón atado a pie antes de coordinación caminar normal sea restaurado8.
Después de los 2005 Reisman et al. 8 análisis cinemática de correa dividida en seres humanos, el uso de la cinta de cinturón de split en los estudios publicados ha aumentado aproximadamente diez veces en comparación con la década anterior. ¿Por qué es la cinta de cinturón de fractura cada vez más popular como una herramienta experimental? Split-correa paseo es claramente una tarea de laboratorio, el análogo más cercano de reales es girar o caminar en un círculo apretado, pero la cinta de cinturón de fractura induce una versión más extrema del rodaje, con una pierna es impulsada por dos a cuatro veces más rápido que el otro. El hecho de que la cinta de cinturón de split es que una tarea altamente inusual caminar ofrece varias ventajas para el estudio de aprendizaje locomotor. En primer lugar, es novedoso para la mayoría de las personas independientemente de su edad y de poca experiencia; es fácil a los participantes experimentales pantalla para la novedad de caminar de la correa de split. En segundo lugar, la cinta de cinturón de fractura induce cambios considerables en interlimb coordinación que no se resuelven rápidamente. Las tarifas relativamente lentas de adaptación y la adaptación nos permiten estudiar formación diferentes intervenciones pueden alterar estas tasas sin acercarse a un techo. Tercero, la cinemática8,10, cinética11,12,13,14, electromiográficos6,15,16 , y perceptual7,17,18,19 modificaciones que ocurren con la adaptación de la cinta de cinturón de split han sido bien estudiados, como tiene el control neural de esta tarea20 ,21,22. En otras palabras, las adaptaciones a la cinta de cinturón de split han sido documentadas y replicada por varios grupos diferentes, lo que lo convierte en una tarea de aprendizaje locomotor bien caracterizado.
En los últimos diez años, varios estudios han demostrado la naturaleza de la tarea y contexto específicos de adaptación de split-correa. Secuelas tras adaptación de split-correa se redujeron significativamente en amplitud si se prueban bajo condiciones distintas de la condición del entrenamiento. Por ejemplo, las secuelas son menores si la persona se traslada a un entorno diferente (por ejemplo, suelo caminar23), realiza una tarea diferentes locomotrices (por ejemplo, hacia atrás caminando o corriendo13, 24), o incluso camina a una velocidad que es diferente de la velocidad de la cinta más lento durante la adaptación25. Esfuerzos para establecer los parámetros que rigen la generalización de la adaptación del aparato locomotor están en curso.
El objetivo de este trabajo es describir un protocolo para el uso de la cinta de cinturón de split para investigar la adaptación humana aparato locomotor y generalización del patrón adaptado a otros contextos a pie (es decir, poca velocidad y entornos). Mientras que el protocolo descrito aquí es la más directamente derivada de la utilizada en Hamzey et al. 25 (figura 1a), cabe señalar que este protocolo fue informado por un número de estudios que le precedió en8,23,24,26, 27,28. El método fue desarrollado originalmente para probar la hipótesis de que mantener la constancia en la velocidad que camina entre la cinta y en entornos de tierra mejoraría la generalización de split-correa caminar a través de estos diferentes ambientes25. En la siguiente sección del Protocolo, le damos las instrucciones replicar esta versión del método split-cinta caminadora, con notas que indican cómo ciertos pasos de protocolo pueden ser modificadas para fines diferentes.
Protocol
Representative Results
Discussion
Numerosos estudios han demostrado ahora que personas adaptan coordinación marcha en cinta rodante de una cinturón de split para restaurar la simetría en los parámetros de coordinación interlimb como paso de largo y la duración del doble apoyo. Cuando las condiciones naturales de pie restaurada siguiente split correa caminar, los participantes continúan utilizando el patrón de marcha adaptado, lleva a secuelas que tienen que desaprender para volver a la coordinación normal de a pie. Los investigadores utilizan pr…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo ha sido financiado por un americano corazón Asociación científico desarrollo Grant (#12SDG12200001) a E. Vasudevan. Afiliación actual de R. Hamzey es el Departamento de ingeniería mecánica, Universidad de Boston, Boston, MA, USA. Afiliación actual de E. Kirk es MGH Instituto de profesiones de la salud Departamento de terapia física.
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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