Summary
Målet med denne protokol er at måle centrum af tryk (COP) udskiftning ved hjælp af en høj rumlig opløsning sensor ark til at afspejle den rumlige stabilitet i en præcision greb. Brugen af denne protokol kan bidrage til en større forståelse af fysiologi og patofysiologi for at forstå.
Abstract
Formålet med protokollen er indirekte at evaluere retningen af fingerkraften under manipulation af et håndholdt objekt baseret på de biomekaniske relationer, hvor afveg kraftretning forårsager udskiftning af centrum af tryk (COP). Til at vurdere dette anvendes et tyndt, fleksibelt og højt rumligt tryksensorark. Systemet gør det muligt at måle COP-banen ud over kraftjjæret og dens tidsmæssige regulering. En række forsøg viste, at øget banelængde afspejlede et sensorisk underskud hos slagtilfældepatienter, og at nedsat COP-bane afspejler en kompenserende strategi for at undgå, at et objekt glider fra håndgrebet hos ældre. Desuden kan COP-banen også blive reduceret ved dobbelt opgaveinterferens. Denne artikel beskriver forsøgsproceduren og diskuterer, hvordan finger COP bidrager til en forståelse af fysiologi og patofysiologi for at forstå.
Introduction
Kraftstyring er det grundlæggende grundlag for præcisionsgreb. Sammenlignet med magtgreb evaluerer præcisionsgreb den minimale kraftudgang, der afspejler evnen til at manipulere et objekt. Flere sensoriske systemer bidrager til præcisionsgreb. For eksempel, under en greb og løft opgave, visuel information muliggør opfattelsen af objektets størrelse og form. Når fingerspidserne rører ved objektet, leveres taktile signaler til den somatosensoriske cortex for at justere præcisionsgrebskraften. Grebkraft (GF) genereres, når fingerspidserne kommer i kontakt med objektet, og den øges underløftefasen 1. Når et objekt nærmer sig målhøjden i luften, producerer raske unge voksne den minimale GF for at optimere kutane input fra fingerpulperne og spare energi. På den anden side, ældre voksne bruger en stor greb kraft for at undgå at lade objektet glide fra deres greb2. Hos slagtilfælde patienter, debut af greb kraft er forsinket, og evnen til at justere sikkerhedsmargenen er svækket på grund af sensoriske og motoriske underskud. Overdreven greb kraft anses for at være en strategisk reaktion for at kompensere for sensoriske og motoriske underskud3.
Standardprotokollen til måling af GF-kontrol i præcisionsgreb blev foreslået af Johansson og Westling i 1980’erne4. De udviklede en enhed til at overvåge både belastning og greb kræfter samtidigt. Siden da har GF amplitude og dens tidsmæssige regulering været anvendt som typiske kinetiske parametre i talrige undersøgelser af præcisiongreb. En anden kinetisk parameter er kraftretningen5. Kraftretningen er resultatet af en kombination af grebs- og løftekræfter. For at opretholde et stabilt præcisionsgreb skal der genereres korrekt styret greb og løftekræfter mellem tommel- og pegefingeren, og den afvege kraftretning kan forårsage rumlig ustabilitet. Selv om forskellige vejecelle-type kraft retning instrumenter anvendes i fatte undersøgelser, disse instrumenter har en begrænsning med hensyn til overvågning af greb kraft kontrol i at manipulere objekter i forskellige størrelser og former, der anvendes i dagligdagen. Derfor er en fleksibel og tillæggerlig sensor afgørende for at undersøge forholdet mellem greb kraft kontrol og daglige funktioner.
Formålet med denne protokol er indirekte at evaluere fingerkraftretningen under manipulation af et objekt baseret på det biomekaniske forhold, hvor afveg kraftretning forårsager udskiftning af Center of Pressure (COP). COP er centrum for alle kræfter, og repræsenterer, hvordan kræfterne er afbalanceret på sensoren ark. Brugen af COP til at evaluere greb kraft kontrol blev først foreslået af Augurelle et al.6. De overvågede COP-fordrivelse for at undersøge den rolle, som kutan feedback spillede, og fandt ud af, at afveg COP fandt sted efter digital anæstesi. COP-forskydning blev imidlertid kun overvåget lodret i deres undersøgelse. Derfor er COP-forskydningen i et tredimensionelt rum ikke blevet tilstrækkeligt evalueret. For at løse denne begrænsning blev der anvendt et tyndt, fleksibelt og højt rumligt opløsningstrykssensorark til måling af COP. Sensorer med relativ høj rumlig opløsning (~60-100 punkter pr. cm2) til måling af grebskraftkontrol er blevetbrugt 7,8 , men desenestefremskridt inden for rumlig opløsning (248 punkter pr. cm2) gør det muligt at måle COP-banen som parameter for kvantificering af rumlig stabilitet. Dette papir beskriver forsøgsproceduren og diskuterer, hvordan finger COP bidrager til forståelsen af fysiologi og patofysiologi for at forstå.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denne eksperimentelle procedure viser, at et fleksibelt tryksensorark kan være nyttigt til vurdering af rumlig stabilitet under præcisionsgreb. Ændret greb kraft retning repræsenterer gribe rumlig ustabilitet såsom en finger slip. Eksisterende kraftretningsinstrumenter af vejecelletypen har dog en begrænsning med hensyn til at sikre en naturlig reach-to-grip-bevægelse. For at løse dette tekniske problem blev COP-forløbet af området mellem fingerpulp og kontaktflade baseret på et biomekanisk forhold overvåget….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi takker Mr. T. Nishida (Tekniker, Salgsafdeling, Division of Device Performance Materials, Nitta Co., Ltd, Osaka, Japan.) for 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).
