Måling av romlig stabilitet i presisjonsgrep
Summary
Målet med denne protokollen er å måle sentrum av trykk (COP) erstatning ved hjelp av en høy romlig oppløsning sensor ark for å gjenspeile romlig stabilitet i et presisjonsgrep. Bruken av denne protokollen kan bidra til større forståelse av fysiologi og patofysiologi av gripe.
Abstract
Formålet med protokollen er å indirekte evaluere retningen på fingerkraften under manipulering av et håndholdt objekt basert på de biomekaniske forholdene der avvikende kraftretning forårsaker senter for trykk (COP) erstatning. For å evaluere dette brukes et tynt, fleksibelt og høyt romlig trykksensorark. Systemet tillater måling av COP-banen i tillegg til kraftalituden og dens timelige regulering. En rekke eksperimenter fant at økt banelengde reflekterte et sensorisk underskudd hos slagpasienter, og at redusert COP-bane gjenspeiler en kompenserende strategi for å unngå at et objekt glir fra håndgrepet hos eldre. Videre kan COP-banen også reduseres av dobbel oppgaveinterferens. Denne artikkelen beskriver eksperimentell prosedyre og diskuterer hvordan finger COP bidrar til en forståelse av fysiologi og patofysiologi av gripe.
Introduction
Kraftkontroll er det grunnleggende grunnlaget for presisjonsgrep. Sammenlignet med kraftgrep evaluerer presisjonsgrepet den minimale krafteffekten som reflekterer evnen til å manipulere et objekt. Flere sensoriske systemer bidrar til presisjonsgrep. For eksempel, under et grep og løfte oppgave, visuell informasjon muliggjør oppfatningen av objektets størrelse og form. Etter at fingertuppene berører objektet, leveres taktile signaler til somatosensorisk cortex for å justere presisjonsgrepskraften. Gripekraft (GF) genereres når fingertuppene kommer i kontakt med objektet, og det øker under løftefasen1. Når et objekt nærmer seg målhøyden i luften, produserer friske unge voksne den minimale GF for å optimalisere kutan inngang fra fingermassene og spare energi. På den annen side bruker eldre voksne en stor gripekraft for å unngå å la objektet gli fra grepet2. Hos slagpasienter er utbruddet av gripekraft forsinket og evnen til å justere sikkerhetsmarginen er svekket på grunn av sensoriske og motoriske underskudd. Overdrevet gripekraft anses å være en strategisk respons for å kompensere for sensoriske og motoriske underskudd3.
Standardprotokollen for å måle GF-kontroll i presisjonsgrep ble foreslått av Johansson og Westling på 1980-tallet4. De utviklet en enhet for å overvåke både belastnings- og gripekrefter samtidig. Siden da, GF amplitude og dens timelig regulering har blitt brukt som typiske kinetiske parametere i mange studier på presisjon grep. En annen kinetisk parameter erkraftretningen 5. Kraftretningen er et resultat av en kombinasjon av grep og løftekrefter. For å opprettholde stabil presisjon grep, riktig rettet grep og løft krefter må genereres mellom tommelen og pekefingeren, og den avvikede kraftretningen kan forårsake romlig ustabilitet. Selv om ulike lastcelle-type kraft retning instrumenter brukes i å gripe studier, disse instrumentene har en begrensning i form av overvåking av grep kraft kontroll i manipulering objekter av forskjellige størrelser og former som brukes i dagliglivet. Dermed er en fleksibel og avtakbar sensor avgjørende for å undersøke forholdet mellom grepskraftkontroll og daglige funksjoner.
Formålet med denne protokollen er å indirekte evaluere fingerkraftretningen under manipulering av et objekt basert på det biomekaniske forholdet der avvikende kraftretning forårsaker Senter for trykk (COP) erstatning. COP er sentrum for alle kreftene, og representerer hvordan kreftene balanseres på sensorarket. Bruk av COP for å evaluere grep kraftkontroll ble først foreslått av Augurelle et al.6. De overvåket COP-forskyvning for å undersøke rollen som kutan tilbakemelding og fant ut at avvikende COP skjedde etter digital anestesi. Cop-forskyvningen ble imidlertid bare overvåket vertikalt i studien; Cop-forskyvningen i et tredimensjonalt rom er derfor ikke tilstrekkelig evaluert. For å løse denne begrensningen ble et tynt, fleksibelt og høyt romlig oppløsningstrykksensorark brukt til å måle COP. Relativt høye romlige oppløsningssensorer (~ 60-100 punkter per cm2) for å måle grepskraftkontroll harblitt brukt 7,8, men nylige fremskritt i romlig oppløsning (248 poeng per cm2) tillater måling av COP-banen som en parameter for å kvantifisere romlig stabilitet. Dette papiret beskriver eksperimentell prosedyre og diskuterer hvordan finger COP bidrar til forståelsen av fysiologi og patofysiologi av gripe.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne eksperimentelle prosedyren gir bevis for at et fleksibelt trykksensorark kan være nyttig for evaluering av romlig stabilitet under presisjonsgrep. Endret grep kraft retning representerer gripe romlig ustabilitet som en finger slip. Imidlertid har eksisterende lastcelle-type kraftretningsinstrumenter en begrensning når det gjelder å sikre en naturlig rekkevidde-til-grep-bevegelse. For å løse dette tekniske problemet ble COP-banen til området mellom fingermassene og kontaktflaten basert på et biomekanisk forho…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Mr. T. Nishida (Technician, Dept of Sales, Division of Device Performance Materials, Nitta Co., Ltd, Osaka, Japan.) for teknisk støtte.
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).
