Mätning av Spatial stabilitet i Precision Grip
Summary
Målet med detta protokoll är att mäta centrum för tryck (COP) ersättning med hjälp av en hög rumslig upplösning sensor ark för att återspegla den rumsliga stabiliteten i en precision grepp. Användningen av detta protokoll skulle kunna bidra till större förståelse av fysiologi och patofysiologi av gripa.
Abstract
Syftet med protokollet är att indirekt utvärdera riktningen av fingerkraften under manipulering av ett handhållet objekt baserat på de biomekaniska relationer där avvikit kraft riktning orsaker centrum för tryck (COP) ersättning. För att utvärdera detta används en tunn, flexibel och hög rumslig upplösning trycksensor plåt. Systemet möjliggör mätning av COP-banan utöver kraftamplituden och dess tidsmässiga reglering. En serie experiment fann att ökad bana längd återspeglas en sensorimotor underskott i stroke patienter, och att minskade COP bana återspeglar en kompensatorisk strategi för att undvika ett objekt glider från handgrepp hos äldre. Dessutom skulle COP-banan också kunna minskas genom dubbel aktivitetsstörning. Denna artikel beskriver det experimentella förfarandet och diskuterar hur finger COP bidrar till en förståelse av fysiologi och patofysiologi av gripa.
Introduction
Force control är den grundläggande grunden för precisionsgrepp. Jämfört med effektgrepp utvärderar precisionsgrepp den minimala kraftutgång som återspeglar förmågan att manipulera ett objekt. Flera sensorimotoriska system bidrar till precisionsgrepp. Till exempel, under ett grepp och lyft uppgift, visuell information möjliggör uppfattningen av objektets storlek och form. Efter fingertopparna röra objektet, taktila signaler levereras till somatosensory cortex att justera precision grepp kraft. Gripkraft (GF) genereras när fingertopparna får kontakt med objektet, och den ökar under lyftfasen1. När ett objekt närmar sig målhöjden i luften, producerar friska unga vuxna den minimala GF för att optimera testning ingång från finger massa och spara energi. Å andra sidan använder äldre vuxna en stor greppkraft för att undvika att låta föremålet glida från sitt grepp2. Hos strokepatienter fördröjs inst inst i gripkraften och förmågan att justera säkerhetsmarginalen försämras på grund av sensoriska och motoriska underskott. Överdriven greppkraft anses vara ett strategiskt svar för att kompensera för sensoriska och motoriska underskott3.
Standardprotokollet för att mäta GF-kontroll i precisionsgrepp föreslogs av Johansson och Westling på 1980-talet4. De utvecklade en anordning för att övervaka både last- och greppkrafter samtidigt. Sedan dess har GF amplitud och dess tidsmässiga reglering använts som typiska kinetiska parametrar i ett flertal studier om precisionsgrepp. En annan kinetisk parameter ärkraftriktningen 5. Kraftriktningen är en följd av en kombination av grepp- och lyftkrafter. För att bibehålla stabilt precisionsgrepp måste korrekt riktat grepp och lyftkrafter genereras mellan tummen och pekfingret, och den avvikna kraftriktningen kan orsaka rumslig instabilitet. Även om olika last cell-typ kraft riktningsinstrument används i gripa studier, dessa instrument har en begränsning när det gäller att övervaka greppkraften kontroll i manipulera objekt av olika storlekar och former som används i det dagliga livet. Således är en flexibel och fästbar sensor väsentlig för att undersöka sambanden mellan greppkraftsstyrning och dagliga funktioner.
Syftet med detta protokoll är att indirekt utvärdera finger kraft riktning under manipulering av ett objekt baserat på biomekaniska förhållandet där avvikit kraft riktning orsaker Center of Pressure (COP) ersättning. COP är centrum för alla krafter, och representerar hur krafterna balanseras på sensorn arket. Användning av COP för att utvärdera greppkraften kontroll föreslogs först av Augurelle et al.6. De övervakade COP förskjutning för att undersöka rollen av testning feedback och fann att avvikit COP inträffade efter digital anestesi. COP förskjutning övervakades dock endast vertikalt i sin studie; därför har COP-förskjutningen i ett tredimensionellt utrymme inte utvärderats på ett tillfredsställande sätt. För att lösa denna begränsning en tunn, flexibel, och hög rumslig upplösning trycksensor ark användes för att mäta COP. Relativt hög spatial upplösning sensorer (~ 60–100 poäng per cm2) för att mäta grepp kraft kontroll har använts7,8, men de senaste framstegen i rumslig upplösning (248 poäng per cm2) tillåta mätning av COP banan som en parameter för att kvantifiera rumslig stabilitet. Denna uppsats beskriver det experimentella förfarandet och diskuterar hur finger COP bidrar till förståelsen av fysiologi och patofysiologi av gripa.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna experimentella förfarande ger belägg för att en flexibel trycksensor ark skulle kunna vara användbart för att utvärdera rumsliga stabilitet under precision grepp. Ändrad greppkraftsriktning representerar att gripa rumslig instabilitet som en fingersnedsteg. Befintliga instrument för force force-direction av lastcelltyp har dock en begränsning när det gäller att säkerställa en naturlig räckvidd-till-grepp-rörelse. För att lösa detta tekniska problem övervakades COP-banan för området mellan finger…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Mr T. Nishida (Tekniker, Inst för försäljning, Avdelningen för enhetsprestanda material, Nitta Co, Ltd, Osaka, Japan.) för teknisk support.
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).
