Измерение пространственной стабильности в точной хватке
Summary
Целью этого протокола является измерение центра замены давления (COP) с помощью листа датчика высокого пространственного разрешения для отражения пространственной стабильности в точном захвате. Использование этого протокола могло бы способствовать более широкому пониманию физиологии и патофизиологии цепляния.
Abstract
Цель протокола состоит в том, чтобы косвенно оценить направление силы пальца во время манипуляции портативным объектом на основе биомеханических отношений, в которых отклоняемое направление силы вызывает центр давления (КС) замены. Для оценки этого используется тонкий, гибкий и высокое пространственное разрешение датчика давления листа. Система позволяет измерять траекторию КС в дополнение к амплитуде силы и ее временной регуляции. Серия экспериментов обнаружила, что увеличение длины траектории отражает дефицит сенсоримотора у пациентов с инсультом, и что снижение траектории КС отражает компенсационной стратегии, чтобы избежать объекта скольжения от руки сцепление у пожилых людей. Кроме того, траектория КС также может быть уменьшена за счет двойного вмешательства задач. В этой статье описывается экспериментальная процедура и обсуждается, как палец КС способствует пониманию физиологии и патофизиологии захвата.
Introduction
Силовое управление является фундаментальной основой точного сцепления. По сравнению с сцеплением с мощностью, точное сцепление оценивает минимальный выход силы, отражающий способность манипулировать объектом. Несколько сенсорных систем способствуют точному захвату. Например, во время выполнения задачи захвата и подъема визуальная информация позволяет получить представление о размере и форме объекта. После того, как кончики пальцев касаются объекта, тактильные сигналы доставляются в соматосенсорную кору для регулировки силы точного захвата. Сила захвата (GF) генерируется, когда кончики пальцев в контакте с объектом, и она увеличивается во время подъема фазы1. Когда объект приближается к цели высоты в воздухе, здоровые молодые люди производят минимальный GF для оптимизации кленового ввода из пульпы пальцев и сохранения энергии. С другой стороны, пожилые люди используют большую силу сцепления, чтобы избежать позволяя объекту выскользнуть из ихзахвата 2. У пациентов с инсультом, начало силы захвата задерживается и способность регулировать запас прочности нарушается из-за сенсорного и двигательного дефицита. Преувеличенная сила сцепления считается стратегическим ответом на компенсацию сенсорного и двигательного дефицита3.
Стандартный протокол для измерения контроля GF в точном захвате был предложен Johansson и Westling в 1980-хгодах 4. Они разработали устройство для одновременного мониторинга как нагрузок, так и сил захвата. С тех пор амплитуда GF и ее височная регуляции используются в качестве типичных кинетических параметров в многочисленных исследованиях по точному захвату. Другим кинетическим параметром является направление силы5. Направление силы является результатом сочетания сил захвата и подъема. Для поддержания стабильной точности сцепления между большим и указательным пальцами должны быть сформированы правильно направленное сцепление и силы подъема, а отклоняемое направление силы может вызвать пространственную нестабильность. Хотя различные инструменты направления силы типа нагрузок используются в исследованиях захвата, эти инструменты имеют ограничение с точки зрения мониторинга контроля силы захвата в манипулировании объектами различных размеров и форм, используемых в повседневной жизни. Таким образом, гибкий и прикрепляемый датчик имеет важное значение для изучения взаимосвязи между управлением силой захвата и ежедневными функциями.
Цель этого протокола состоит в том, чтобы косвенно оценить направление силы пальца во время манипуляции объектом на основе биомеханических отношений, в которых отклоняемое направление силы вызывает замену Центра Давления (COP). КС является центром всех сил и представляет, как силы сбалансированы на сенсорном листе. Использование КС для оценки контроля силы захвата было впервые предложено Augurelle и др.6. Они следили за перемещением КС для изучения роли к cutaneous обратной связи и обнаружили, что отклонился КС произошло после цифровой анестезии. Однако в ходе своего исследования контроль за перемещением КС проводился только вертикально; поэтому перемещение КС в трехмерном пространстве не было должным образом оценено. Для решения этого ограничения для измерения COP использовался тонкий, гибкий и высокочастинный сенсорный лист датчика давления пространственного разрешения (60-100точек на см 2)для измерения контроля силы захвата7,8, но последние достижения в пространственном разрешении (248 точек насм 2) позволяют измерятьтраекторию КС в качестве параметра для количественной оценки пространственной стабильности. В настоящем документе описывается экспериментальная процедура и обсуждается, как ПАЛЕЦ КС способствует пониманию физиологии и патофизиологии захвата.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эта экспериментальная процедура предоставляет доказательства того, что гибкий лист датчика давления может быть полезен для оценки пространственной стабильности во время точного захвата. Измененное направление силы захвата представляет собой захват пространственной нестабильности…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим г-на Т. Нисиду (техник, отдел продаж, Отдел материалов для производительности устройств, Nitta Co., Ltd, Осака, Япония) за техническую поддержку.
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).
