Utilizzando un tapis roulant Split-cintura per valutare la generalizzazione dell'adattamento dell'apparato locomotore umano
Summary
Descriviamo un protocollo per lo studio di adattamento dell’apparato locomotore umano utilizzando il tapis roulant di Spalato-cintura, che ha due cinghie che possono guidare ogni gamba ad una velocità diversa. In particolare ci concentriamo su un paradigma progettato per testare la generalizzazione dei modelli di locomotore adattati a diversi contesti a piedi (ad es., velocità di andatura, pochi ambienti).
Abstract
La comprensione dei meccanismi sottostante apprendimento motorio aiuta i ricercatori e i clinici ottimizzare andatura riqualificazione nell’ambito della riabilitazione motoria. Tuttavia, lo studio di apprendimento motorio umano può essere impegnativo. Durante l’infanzia e la fanciullezza, il sistema neuromuscolare è piuttosto immaturo, ed è improbabile che apprendimento motorio durante le prime fasi di sviluppo è governata dagli stessi meccanismi come in età adulta. Da tempo gli esseri umani raggiungono la maturità, essi sono così abili a camminare che è difficile a venire con un’attività sufficientemente romanzo allo Studio de novo di apprendimento motorio. Il tapis roulant di Spalato-cintura, che ha due cinghie che possono guidare ogni gamba ad una velocità diversa, permette lo studio di entrambi breve-(cioè, immediati) e a lungo termine (cioè, nei minuti-giorni; una forma di apprendimento motorio) andatura modifiche in risposta a una romanzo cambiamento nell’ambiente a piedi. Gli individui possono facilmente essere schermati per l’esposizione precedente a tapis roulant Spalato-cintura, assicurando così che tutti i partecipanti sperimentali non (o equivalente) esperienza pregressa. Questo articolo descrive un protocollo di adattamento tipica Spalato-cintura tapis roulant che incorpora i metodi di prova per quantificare l’apprendimento motorio e generalizzazione di questo apprendimento ad altri contesti a piedi. Una discussione di importanti considerazioni per la progettazione di tapis roulant Spalato-cintura esperimenti segue, tra cui fattori come la velocità del nastro tapis roulant, pause di riposo e distrattori. Inoltre, potenziali ma understudied variabili di confusione (ad es., movimenti del braccio, precedente esperienza) sono considerate nella discussione.
Introduction
Un tapis roulant di Spalato-cinghia ha due cinghie che possono guidare ogni gamba ad una velocità diversa o in una direzione diversa. Questo dispositivo fu usato più di 45 anni fa come uno strumento per lo studio di coordinamento tra le gambe (cioè, coordinamento interlimb) durante la deambulazione1. Questo e altri studi iniziali utilizzata principalmente gatti come un modello sperimentale1,2,3, ma gli insetti sono stati anche studiati4. Le prime indagini di locomozione di Spalato-cintura nei neonati e negli adulti sono state pubblicate nel 1987 e 1994, rispettivamente5,6. Questi studi iniziali in animali umani e non umani studiato per lo più a breve termine (cioè, immediati) regolazioni in coordinamento interlimb per preservare la stabilità e la progressione in avanti quando le gambe sono spinti a velocità diverse. Uno studio del 1995 notato che lunghi periodi (alcuni minuti) di Spalato-cintura camminare alterato la capacità dei soggetti adulti con precisione percepire la velocità del nastro di tapis roulant e apportare modifiche di equalizzare velocità su ogni lato. Ciò suggerisce che il mapping sensorimotorio di camminare era stato ricalibrato7. Tuttavia, è non stato fino a che il primo rapporto cinematico di adattamento motore umano dettagliato oltre 10 minuti di camminata della pedana mobile di Spalato-cintura il 2005 è stato pubblicato8.
Adattamento del motore si intende un processo basato su errore, durante il quale vengono regolati sensorimotorio mapping dei movimenti ben istruiti in risposta a un nuovo, prevedibile domanda9. È una forma di apprendimento motorio che avviene dopo un periodo di pratica estesa (minuti a ore) e risultati in postumi, che sono i cambiamenti nel modello movimento quando la domanda viene rimosso e/o condizioni di tornare alla normalità. Ad esempio, camminando su Spalato-cinture inizialmente induce la gente a camminare con coordinamento interlimb asimmetrica, simile ad un limp. Nel corso di alcuni minuti di Spalato-cintura a piedi, persone adattare loro coordinamento a piedi in modo che loro andatura diventa più simmetrica. Quando le due cinghie successivamente tornare alla stessa velocità (cioè legato-cinture), ristabilendo normali condizioni a piedi, persone dimostrano postumi camminando con coordinamento asimmetrica. Questi postumi devono essere attivamente de-adattati o ignoranti per diversi minuti di nastro legato a piedi prima normale coordinamento a piedi è restaurato8.
Dopo il 2005 Reisman et al. 8 analisi cinematica della cintura di Spalato a piedi negli esseri umani, l’uso del tapis roulant Spalato-cintura in ricerca pubblicata è aumentato approssimativamente dieci volte rispetto al decennio precedente. Perché è il tapis roulant Spalato-cintura diventando sempre più popolare come uno strumento sperimentale? Split-cintura della deambulazione è chiaramente un’attività di laboratorio – l’analogico reali più vicino è tornitura o a piedi in un cerchio stretto, ma il tapis roulant Spalato-cintura induce una versione molto più estrema della tornitura, con una gamba sola essendo guidata due – a quattro volte più velocemente rispetto agli altri. Il fatto che il tapis roulant di Spalato-cintura è che un’attività altamente insolita a piedi offre diversi vantaggi per lo studio di apprendimento motorio. In primo luogo, è romanzo per la maggior parte delle persone indipendentemente dall’età e indipendente di camminare esperienza; è facile ai partecipanti sperimentale di schermo per novità di Spalato-cintura a piedi. In secondo luogo, il tapis roulant Spalato-cintura induce i cambiamenti consistenti in coordinamento interlimb che non sono risolti rapidamente. Le tariffe relativamente lente di adattamento e de-adeguamento ha permesso di studiare la formazione come i diversi interventi possono alterare queste tariffe senza avvicinarsi un soffitto. Terzo, la cinematica8,10, cinetica11,12,13,14, elettromiografici6,15,16 , e percettivo7,17,18,19 modifiche che si verificano con adattamento di Spalato-cintura tapis roulant sono state ben studiate, come ha il controllo neurale di questo compito20 ,21,22. In altre parole, gli adattamenti per il tapis roulant Spalato-cintura hanno stati documentati e replicati da diversi gruppi differenti, rendendo questo un compito di apprendimento motorio ben caratterizzati.
Negli ultimi dieci anni, diversi studi hanno dimostrato la natura di specifiche attività e contesto dell’adattamento di Spalato-cintura. Postumi dopo Spalato-cintura adattamento sono significativamente ridotti in ampiezza se vengono testati in condizioni diverse dalla condizione di allenamento. Ad esempio, postumi sono più piccoli se la persona viene spostata in un ambiente diverso (ad esempio, su un terreno a piedi23), esegue un compito motorio diverso (ad esempio, con le versioni precedenti camminando o correndo13, 24), o anche cammina ad una velocità che si differenzia dalla velocità del nastro più lento durante adattamento25. Sono in corso sforzi per stabilire i parametri che regolano la generalizzazione dell’adattamento dell’apparato locomotore.
L’obiettivo di questa carta è di descrivere un protocollo per l’utilizzo il tapis roulant Spalato-cintura per indagare l’adattamento dell’apparato locomotore umano e generalizzazione del modello adattato ad altri contesti a piedi (cioè, la velocità a piedi diverse e ambienti). Mentre il protocollo descritto qui è più direttamente derivata da quella utilizzata in Jade_vampire et al. 25 (Figura 1a), va notato che questo protocollo è stato informato da un certo numero di studi che lo hanno preceduto8,23,24,26, 27,28. Il metodo è stato originariamente sviluppato per verificare l’ipotesi che mantenere la costanza della velocità di deambulazione tra tapis roulant e negli ambienti di terra migliorerebbe la generalizzazione di Spalato-cintura a piedi attraverso questi diversi ambienti25. Nella sezione protocollo sottostante, diamo le istruzioni su come replicare questa versione del metodo split-cintura tapis roulant, con note che indicano come alcuni passaggi del protocollo possono essere modificati a fini di metodo diverso.
Protocol
Representative Results
Discussion
Numerosi studi hanno ora dimostrato che persone adattarsi andatura coordinamento su un tapis roulant di Spalato-cintura al fine di ristabilire la simmetria nei parametri di coordinamento interlimb come lunghezza del passo e supporto doppia durata. Quando condizioni naturali a piedi sono restaurato seguente Spalato-cintura a piedi, i partecipanti continuano utilizzando il modello di andatura adattato, che conduce a conseguenze che devono essere ignoranti per tornare alla normale coordinamento a piedi. I ricercatori utiliz…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato finanziato da un americano cuore associazione scienziato Development Grant (#12SDG12200001) a E. Vasudevan. Affiliazione corrente di R. Hamzey è il dipartimento di ingegneria meccanica, Boston University, Boston, MA, USA. Affiliazione corrente di E. Kirk è il reparto di MGH Institute di professioni sanitarie della terapia fisica.
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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