Split-kemer koşu bandı kullanarak genelleme insan Lokomotor uyum değerlendir
Summary
Biz her bacak farklı bir hızda sürebilirim iki kemerleri split-kemer koşu bandı kullanarak insan Lokomotor uyum soruşturma için bir iletişim kuralı tanımlamak. Biz özel olarak adapte Lokomotor desenleri farklı yürüyüş bağlamlarda (örneğin, yürüyüş hızları, ortamlar yürüyüş) için Genelleştirme test etmek için tasarlanmış bir paradigma odaklıyız.
Abstract
Mekanizmaları anlama temel Lokomotor öğrenme yardımcı araştırmacılar ve klinisyenler yürüyüş motor rehabilitasyon bir parçası olarak yeniden eğitme optimize. Ancak, insan Lokomotor öğrenme eğitim zor olabilir. Bebeklik ve çocukluk, nöromüsküler sistemidir oldukça olgunlaşmamış ve bu gelişme erken aşamalarında Lokomotor öğrenme yetişkinlik olduğu gibi aynı mekanizmalar tarafından yönetilir düşüktür. Zaman insanlar tarafından olgunluğa, onlar yeterince roman bir görevle de novo Lokomotor öğrenme eğitim için gelmek zordur yürüme mesafesinde çok usta. Her iki kısa-(Yani, hemen) çalışmanın her bacak farklı bir hızda sürebilirim iki kemer vardır, split-kemer koşu bandı sağlar ve uzun vadeli (Yani, dakika-gün içinde; motor öğrenme biçimi) yürüyüş değişiklikler yanıt olarak bir yürüyen ortamında roman değişiklik. Bireyler kolayca ekranlı önceki maruz kalma split-kemer koşu bandı, böylece tüm deneysel katılımcılar yok sağlanması (veya eşdeğer) önce deneyim. Bu kağıt Lokomotor öğrenme ve bu öğrenme yürüyen diğer bağlamlarda için Genelleştirme ölçmek için test yöntemleri içerir bir tipik split-kemer koşu bandı uyum protokolünü açıklar. Önemli dikkat edilecek nokta Böl-kemer koşu bandı tasarımı için koşu bandı kemeri hızları, dinlenme tatili ve şıkları gibi faktörler de dahil olmak üzere aşağıdaki gibi deneyler. Ayrıca, çöküşünde ama potansiyel karıştırıcı değişkenlerini (örneğin, kol hareketleri, deneyiminiz) tartışmada kabul edilir.
Introduction
Split-kemer koşu bandı her bacak farklı bir hızda ya da farklı bir yöne sürebilirim iki kemer var. Bu cihaz ilk1yürüyüş sırasında bacaklar (Yani, interlimb koordinasyon) arasında koordinasyon çalışmaya 45 yıldan fazla bir aracı olarak kullanıldı. Bu ve diğer erken çalışmalar öncelikle kediler bir deneysel model1,2,3kullanılan, ama böcekler de okudu4idi. Split-kemer hareket insan bebeklerin ve yetişkin ilk araştırmalar 1987 ve 1994, sırasıyla5,6yayınlandı. İnsan ve insan dışı hayvanları ilk bu çalışmalarda çoğunlukla kısa vadeli (Yani, hemen) ayarlamaları bacaklar farklı hızlarda yürütülen istikrar ve ileri ilerleme korumak için interlimb koordineli olarak araştırıldı. 1995 çalışma uzun süre (birkaç dakika) split-kemer yürüme hızı her iki tarafında eşitlemek için doğru koşu bandı bant hızı algıladıkları ve ayarlamalar yapmak için insan yetişkin yeteneği Engelli kaydetti. Bu yürüme sensorimotor eşlemeyi yeniden7olduğunu göstermektedir. Ancak, ilk insan motor uyum kinematik raporu split-kemer koşu bandı yürüyüş 10 dakika boyunca ayrıntılı 2005 yayımlanmış8değildi kadar öyleydi.
Motor adaptasyon sırasında yeni, tahmin edilebilir olan isteğe bağlı9yanıt olarak iyi eğitimli hareketlerin sensorimotor eşlemeleri ayarlanır bir hata odaklı süreci ifade etmektedir. Bir genişletilmiş uygulama dönemi (dakika ile saat) oluşur motor öğrenme biçimidir ve sonuçlarında değişiklik talep kaldırıldığında hareket desen ve/veya koşullar olan etkiler, normale döner. Örneğin, başlangıçta split-kayışları üzerinde yürüme ile asimetrik interlimb koordineli bir aksama benzeyen, yürümek insanlar neden olur. Böylece onların yürüyüş daha simetrik hale gelir Böl-kemer yürüyüş birkaç dakika içinde insanlar yürüyüş onların koordinasyon uyum. İki kemer, daha sonra aynı hızda (Yani bağlı-kemer) dönmek durumunda, böylece normal yürüyüş şartlar, geri yükleme insanlar etkiler ile asimetrik koordinasyon yürüyerek göstermek. Bu etkiler aktif de-adapte olmanız veya normal yürüme koordinasyonu geri yüklenen8olmadan bağlı kemer yürüyüş birkaç dakika unutmadım.
Takip 2005 Reisman vd. insanlarda yürüyüş split kemer 8 kinematik analizi, split-kemer koşu bandı Yayınlanan araştırma içinde kullanımı yaklaşık on önceki on yıl ile karşılaştırıldığında artmıştır. Neden split-kemer koşu bandı deneysel bir aracı olarak daha popüler hale geliyor? Split-kemer ambulation açıkça bir laboratuvar iştir-yakın gerçek analog kapatmadan ya da sıkı bir daire içinde yürüyüş, ama split-kemer koşu bandı dönüm, çok daha aşırı bir sürümü iki ila dört kat daha hızlı diğer daha tahrik olmak tek bacaklı neden olmaktadır. Son derece sıra dışı bir yürüyüş görev Lokomotor öğrenme eğitim için birçok avantaj sunar split-kemer koşu bandı olduğu gerçeğini. İlk olarak, çoğu insan ne olursa olsun yaş için roman ve deneyim yürüyüş bağımsız olduğunu; split-kemer yürüyüş yenilik için ekran deneysel katılımcılara kolaydır. İkinci olarak, split-kemer koşu bandı interlimb koordinasyon içinde hızlı bir şekilde çözülmüş değil oldukça büyük değişiklikler neden olmaktadır. Adaptasyon ve de-adaptasyon görece düşük oranda bize ne kadar farklı eğitim çalışmaya izin müdahaleler bir tavan yaklaşan olmadan bu oranları değiştirmek. Üçüncü, kinematik8,10, Kinetik11,12,13,14, electromyographic6,15,16 , ve split-kemer koşu bandı adaptasyon ile oluşan algısal7,17,18,19 değişiklikler-si olmak be iyi çalışılmış, bu görevi20 sinir kontrolünü olduğu gibi ,21,22. Başka bir deyişle, uyarlamalar split-kemer koşu bandı için dokümante edilmiş ve bu iyi karakterize Lokomotor öğrenme görev yaparken birkaç farklı gruplar tarafından yinelenmiş.
Son on yıl içinde çeşitli çalışmalarda görev ve bağlama özgü doğa split-kemer uyum gösterdi. Eğitim durum farklı koşullar altında test edilir eğer split-kemer adaptasyon takip etkiler genlik içinde önemli ölçüde azaltılır. Örneğin, etkiler kişi farklı bir ortam (örneğin,23yürüyen zemin üzerinde) taşıdıysanız küçüktür, (örneğin, geriye yürüme veya13, çalışan farklı bir Lokomotor görev gerçekleştirir 24), ya da bile farklı bir hızda adaptasyon25sırasında yavaş kemer hız yürür. Lokomotor adaptasyon genelleme yöneten parametreleri kurmak için çalışmaları devam etmektedir.
Bu kağıt amacı insan Lokomotor adaptasyon ve genelleme yürüyen diğer bağlamlarda (Yani, farklı yürüyüş hızları ve ortamlar) için adapte deseninin araştırmak için split-kemer koşu bandı kullanmak için bir protokol tarif etmektir. Açıklanan protokol sırasında çoğu İşte Hamzey vd. kullanılan doğrudan türetilmiş 25 (şekil 1bir), bu protokol8,23,24,26, öncesinde çalışmalar bir dizi tarafından bilgi verildi unutulmamalıdır 27,28. Yöntemin ilk hız koşu bandı arasında ve zemin ortamlar üzerinde yürüme süreklilik Bakımı split-kemer arasında bu farklı ortamlarda25yürüme Generalization (Genelleştirme) artıracak hipotezi test etmek için geliştirilmiştir. Aşağıdaki protokol bölümünde biz nasıl belirli iletişim kuralı adımları için farklı bir yöntem amaçlar için değiştirilebilir göstermek notlar split-kemer koşu bandı yöntemiyle bu sürümü çoğaltmak yönergeler verir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Çok sayıda çalışmalar şimdi insanlar simetri interlimb koordinasyon parametreleri adım uzunluğu ve Çift Kişilik destek süresi gibi geri yükleyebilmek için yürüyüş koordinasyon bir split-kemer koşu bandı üzerinde uyum göstermiştir. Geri yüklenen aşağıdaki Böl kemer yürüyüş doğal yürüme koşulların olması durumunda, katılımcılar için normal yürüme koordinasyonu döndürmek için olmak zorunda etkiler için önde gelen adapte yürüyüş deseni kullanılarak unutmadım devam. Araşt…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser bir Amerikan Kalp Derneği bilim adamı kalkınma hibe (#12SDG12200001) E. Vasudevan tarafından finanse edilmektedir. R. Hamzey’nın geçerli eğilimleri olduğunu Makine Mühendisliği Bölümü, Boston Üniversitesi, Boston, MA, ABD. E. Kirk ün geçerli eğilimleri fizik tedavi MGH Enstitüsü sağlık meslek bölümü var.
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 |
References
- Kulagin, A. S., Shik, M. L. Interaction of symmetric extremities during controlled locomotion. Biofizika. 15 (1), 164-170 (1970).
- Halbertsma, J. M. The stride cycle of the cat: the modelling of locomotion by computerized analysis of automatic recordings. Acta Physiol Scand Suppl. 521, 1-75 (1983).
- Forssberg, H., Grillner, S., Halbertsma, J., Rossignol, S. The locomotion of the low spinal cat. II. Interlimb coordination. Acta Physiol Scand. 108 (3), 283-295 (1980).
- Foth, E., Bassler, U. Leg movements of stick insects walking with five legs on a treadwheel and with one leg on a motor-driven belt. II. Leg coordination when step-frequencies differ from leg to leg. Biol Cybern. 51 (5), 319-324 (1985).
- Thelen, E., Ulrich, B. D., Niles, D. Bilateral coordination in human infants: stepping on a split-belt treadmill. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 13 (3), 405-410 (1987).
- Dietz, V., Zijlstra, W., Duysens, J. Human neuronal interlimb coordination during split-belt locomotion. Exp Brain Res. 101 (3), 513-520 (1994).
- Jensen, L., Prokop, T., Dietz, V. Adaptational effects during human split-belt walking: influence of afferent input. Exp Brain Res. 118 (1), 126-130 (1998).
- Reisman, D. S., Block, H. J., Bastian, A. J. Interlimb coordination during locomotion: what can be adapted and stored?. J Neurophysiol. 94 (4), 2403-2415 (2005).
- Martin, T. A., Keating, J. G., Goodkin, H. P., Bastian, A. J., Thach, W. T. Throwing while looking through prisms. II. Specificity and storage of multiple gaze-throw calibrations. Brain. 119 (Pt 4), 1199-1211 (1996).
- Malone, L. A., Bastian, A. J., Torres-Oviedo, G. How does the motor system correct for errors in time and space during locomotor adaptation?. J Neurophysiol. 108 (2), 672-683 (2012).
- Lauziere, S., et al. Plantarflexion moment is a contributor to step length after-effect following walking on a split-belt treadmill in individuals with stroke and healthy individuals. J Rehabil Med. 46 (9), 849-857 (2014).
- Mawase, F., Haizler, T., Bar-Haim, S., Karniel, A. Kinetic adaptation during locomotion on a split-belt treadmill. J Neurophysiol. 109 (8), 2216-2227 (2013).
- Ogawa, T., Kawashima, N., Obata, H., Kanosue, K., Nakazawa, K. Distinct motor strategies underlying split-belt adaptation in human walking and running. PLoS One. 10 (3), e0121951 (2015).
- Roemmich, R. T., Hack, N., Akbar, U., Hass, C. J. Effects of dopaminergic therapy on locomotor adaptation and adaptive learning in persons with Parkinson’s disease. Behav Brain Res. 268, 31-39 (2014).
- Betschart, M., Lauziere, S., Mieville, C., McFadyen, B. J., Nadeau, S. Changes in lower limb muscle activity after walking on a split-belt treadmill in individuals post-stroke. J Electromyogr Kinesiol. 32, 93-100 (2017).
- Maclellan, M. J., et al. Muscle activation patterns are bilaterally linked during split-belt treadmill walking in humans. J Neurophysiol. 111 (8), 1541-1552 (2014).
- Hoogkamer, W., et al. Gait asymmetry during early split-belt walking is related to perception of belt speed difference. J Neurophysiol. 114 (3), 1705-1712 (2015).
- Vazquez, A., Statton, M. A., Busgang, S. A., Bastian, A. J. Split-belt walking adaptation recalibrates sensorimotor estimates of leg speed but not position or force. J Neurophysiol. 114 (6), 3255-3267 (2015).
- Wutzke, C. J., Faldowski, R. A., Lewek, M. D. Individuals Poststroke Do Not Perceive Their Spatiotemporal Gait Asymmetries as Abnormal. Phys Ther. 95 (9), 1244-1253 (2015).
- Jayaram, G., Galea, J. M., Bastian, A. J., Celnik, P. Human locomotor adaptive learning is proportional to depression of cerebellar excitability. Cereb Cortex. 21 (8), 1901-1909 (2011).
- Morton, S. M., Bastian, A. J. Cerebellar contributions to locomotor adaptations during splitbelt treadmill walking. J Neurosci. 26 (36), 9107-9116 (2006).
- Jayaram, G., et al. Modulating locomotor adaptation with cerebellar stimulation. J Neurophysiol. 107 (11), 2950-2957 (2012).
- Reisman, D. S., Wityk, R., Silver, K., Bastian, A. J. Split-belt treadmill adaptation transfers to overground walking in persons poststroke. Neurorehabil Neural Repair. 23 (7), 735-744 (2009).
- Choi, J. T., Bastian, A. J. Adaptation reveals independent control networks for human walking. Nat Neurosci. 10 (8), 1055-1062 (2007).
- Hamzey, R. J., Kirk, E. M., Vasudevan, E. V. Gait speed influences aftereffect size following locomotor adaptation, but only in certain environments. Exp Brain Res. 234 (6), 1479-1490 (2016).
- Torres-Oviedo, G., Bastian, A. J. Seeing is believing: effects of visual contextual cues on learning and transfer of locomotor adaptation. J Neurosci. 30 (50), 17015-17022 (2010).
- Torres-Oviedo, G., Bastian, A. J. Natural error patterns enable transfer of motor learning to novel contexts. J Neurophysiol. 107 (1), 346-356 (2012).
- Vasudevan, E. V., Bastian, A. J. Split-belt treadmill adaptation shows different functional networks for fast and slow human walking. J Neurophysiol. 103 (1), 183-191 (2010).
- Malone, L. A., Vasudevan, E. V., Bastian, A. J. Motor adaptation training for faster relearning. J Neurosci. 31 (42), 15136-15143 (2011).
- Musselman, K. E., Roemmich, R. T., Garrett, B., Bastian, A. J. Motor learning in childhood reveals distinct mechanisms for memory retention and re-learning. Learn Mem. 23 (5), 229-237 (2016).
- Yang, J. F., Lamont, E. V., Pang, M. Y. Split-belt treadmill stepping in infants suggests autonomous pattern generators for the left and right leg in humans. J Neurosci. 25 (29), 6869-6876 (2005).
- Roemmich, R. T., Bastian, A. J. Two ways to save a newly learned motor pattern. J Neurophysiol. 113 (10), 3519-3530 (2015).
- Malone, L. A., Bastian, A. J. Age-related forgetting in locomotor adaptation. Neurobiol Learn Mem. 128, 1-6 (2016).
- Malone, L. A., Bastian, A. J. Thinking about walking: effects of conscious correction versus distraction on locomotor adaptation. J Neurophysiol. 103 (4), 1954-1962 (2010).
- Vasudevan, E. V., Torres-Oviedo, G., Morton, S. M., Yang, J. F., Bastian, A. J. Younger is not always better: development of locomotor adaptation from childhood to adulthood. J Neurosci. 31 (8), 3055-3065 (2011).
- Alexander, R. M. Optimization and gaits in the locomotion of vertebrates. Physiol Rev. 69 (4), 1199-1227 (1989).
- Vasudevan, E. V., Patrick, S. K., Yang, J. F. Gait Transitions in Human Infants: Coping with Extremes of Treadmill Speed. PLoS One. 11 (2), e0148124 (2016).
- Eikema, D. J., et al. Optic flow improves adaptability of spatiotemporal characteristics during split-belt locomotor adaptation with tactile stimulation. Exp Brain Res. 234 (2), 511-522 (2016).
- Mukherjee, M., et al. Plantar tactile perturbations enhance transfer of split-belt locomotor adaptation. Exp Brain Res. 233 (10), 3005-3012 (2015).
- Finley, J. M., Statton, M. A., Bastian, A. J. A novel optic flow pattern speeds split-belt locomotor adaptation. J Neurophysiol. 111 (5), 969-976 (2014).
- Long, A. W., Roemmich, R. T., Bastian, A. J. Blocking trial-by-trial error correction does not interfere with motor learning in human walking. J Neurophysiol. 115 (5), 2341-2348 (2016).
- Musselman, K. E., Patrick, S. K., Vasudevan, E. V., Bastian, A. J., Yang, J. F. Unique characteristics of motor adaptation during walking in young children. J Neurophysiol. 105 (5), 2195-2203 (2011).
- Gordon, C. R., Fletcher, W. A., Melvill Jones, G., Block, E. W. Adaptive plasticity in the control of locomotor trajectory. Exp Brain Res. 102 (3), 540-545 (1995).
- Savin, D. N., Tseng, S. C., Morton, S. M. Bilateral adaptation during locomotion following a unilaterally applied resistance to swing in nondisabled adults. J Neurophysiol. 104 (6), 3600-3611 (2010).
- Lam, T., Wirz, M., Lunenburger, L., Dietz, V. Swing phase resistance enhances flexor muscle activity during treadmill locomotion in incomplete spinal cord injury. Neurorehabil Neural Repair. 22 (5), 438-446 (2008).
- Yen, S. C., Schmit, B. D., Wu, M. Using swing resistance and assistance to improve gait symmetry in individuals post-stroke. Hum Mov Sci. 42, 212-224 (2015).
- Lam, T., Anderschitz, M., Dietz, V. Contribution of feedback and feedforward strategies to locomotor adaptations. J Neurophysiol. 95 (2), 766-773 (2006).
- Handzic, I., Barno, E. M., Vasudevan, E. V., Reed, K. B. Design and Pilot Study of a Gait Enhancing Mobile Shoe. Paladyn. 2 (4), (2011).
- Haddad, J. M., van Emmerik, R. E., Whittlesey, S. N., Hamill, J. Adaptations in interlimb and intralimb coordination to asymmetrical loading in human walking. Gait Posture. 23 (4), 429-434 (2006).
- Noble, J. W., Prentice, S. D. Adaptation to unilateral change in lower limb mechanical properties during human walking. Exp Brain Res. 169 (4), 482-495 (2006).
- Choi, J. T., Vining, E. P., Reisman, D. S., Bastian, A. J. Walking flexibility after hemispherectomy: split-belt treadmill adaptation and feedback control. Brain. 132 (Pt 3), 722-733 (2009).
- Vasudevan, E. V., Glass, R. N., Packel, A. T. Effects of traumatic brain injury on locomotor adaptation. J Neurol Phys Ther. 38 (3), 172-182 (2014).
- Reisman, D. S., McLean, H., Keller, J., Danks, K. A., Bastian, A. J. Repeated split-belt treadmill training improves poststroke step length asymmetry. Neurorehabil Neural Repair. 27 (5), 460-468 (2013).
- MacLellan, M. J., Qaderdan, K., Koehestanie, P., Duysens, J., McFadyen, B. J. Arm movements during split-belt walking reveal predominant patterns of interlimb coupling. Hum Mov Sci. 32 (1), 79-90 (2013).
- Finley, J. M., Long, A., Bastian, A. J., Torres-Oviedo, G. Spatial and Temporal Control Contribute to Step Length Asymmetry During Split-Belt Adaptation and Hemiparetic Gait. Neurorehabil Neural Repair. 29 (8), 786-795 (2015).
- Roemmich, R. T., Long, A. W., Bastian, A. J. Seeing the Errors You Feel Enhances Locomotor Performance but Not Learning. Curr Biol. 26 (20), 2707-2716 (2016).
- Mawase, F., Shmuelof, L., Bar-Haim, S., Karniel, A. Savings in locomotor adaptation explained by changes in learning parameters following initial adaptation. J Neurophysiol. 111 (7), 1444-1454 (2014).
