Metodi sperimentali per studiare il controllo posturale umano

Riepilogo

Questo articolo presenta un quadro sperimentale/analitico per studiare il controllo posturale umano. Il protocollo fornisce procedure dettagliate per l'esecuzione di esperimenti permanenti, la misurazione dei segnali cinemici e cinetica del corpo e l'analisi dei risultati per fornire informazioni sui meccanismi alla base del controllo posturale umano.

Abstract

Molti componenti dei sistemi nervosi e muscolo-scheletrici agiscono in concerto per ottenere la postura umana stabile e verticale. Sono necessari esperimenti controllati accompagnati da metodi matematici adeguati per comprendere il ruolo dei diversi sottosistemi coinvolti nel controllo posturale umano. Questo articolo descrive un protocollo per l'esecuzione di esperimenti in piedi perturbati, l'acquisizione di dati sperimentali e l'esecuzione della successiva analisi matematica, con l'obiettivo di comprendere il ruolo del sistema muscolo-scheletrico e il controllo centrale nell'uomo postura eretta. I risultati generati da questi metodi sono importanti, perché forniscono informazioni sul controllo sano dell'equilibrio, costituiscono la base per comprendere l'eziologia di un equilibrio alterato nei pazienti e negli anziani e aiutano nella progettazione di interventi per migliorare controllo posturale e stabilità. Questi metodi possono essere utilizzati per studiare il ruolo del sistema somatosensoriale, la rigidità intrinseca dell'articolazione della caviglia e il sistema visivo nel controllo posturale, e possono anche essere estesi per studiare il ruolo del sistema vestibolare. I metodi devono essere utilizzati nel caso di una strategia della caviglia, in cui il corpo si muove principalmente sull'articolazione della caviglia ed è considerato un pendolo invertito a collegamento singolo.

Introduzione

Il controllo posturale umano si realizza attraverso complesse interazioni tra il sistema nervoso centrale e i sistemi muscolo-scheletrici¹. Il corpo umano in piedi è intrinsecamente instabile, soggetto a una varietà di perturbazioni interne (ad esempio, respirazione, battito cardiaco) ed esterne (ad esempio, gravità). La stabilità viene ottenuta da un controller distribuito con componenti centrali, riflessi e intrinseci (Figura 1).

Il controllo posturale è ottenuto da: un controllore attivo, mediato dal sistema nervoso centrale (SNC) e dal midollo spinale, che cambia l'attivazione muscol....

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Protocollo

Tutti i metodi sperimentali sono stati approvati dal McGill University Research Ethics Board e i soggetti firmano consensi informati prima di partecipare.

1. Esperimenti

NOTA: ogni esperimento prevede i passaggi seguenti.

1. Pre-test
   1. Preparare una struttura definita di tutte le prove da eseguire e creare un elenco di controllo per la raccolta dei dati.
   2. Fornisci al soggetto un modulo di consenso con tutte le informazioni necessarie, chiedi loro di leggerlo a fondo, rispondere a tutte le domande e poi chiedere loro di firmare il modulo.
   3. Registrare il peso, l'altezza e l'età del ....

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Risultati

Pseudo sequenza casuale ternaria (PRTS) e trap

La figura 2A mostra un segnale PRTS, generato integrando un profilo di velocità pseudo casuale. Per ogni tempo di campionamento, la velocità del segnale può essere uguale a zero o acquisi.......

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Discussione

Diversi passaggi sono fondamentali per eseguire questi esperimenti per studiare il controllo posturale umano. Questi passaggi sono associati alla corretta misurazione dei segnali e includono: 1) Corretto allineamento dell'asse della caviglia del gambo di rotazione a quello dei pedali, per la corretta misurazione delle coppia alla caviglia. 2) Corretto set-up dei cercatori di gamma per garantire che funzionino nella loro gamma e non sono saturi durante gli esperimenti. 3) Misurazione di EMG con buona qualità e minimal e .......

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Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
5K potentiometer	Maurey	112P19502	Measures actuator shaft angle
8 channel Bagnoli surface EMG amplifiers and electrodes	Delsys		Measures the EMG of ankle muscles
AlienWare Laptop	Dell Inc.	P69F001-Rev. A02	VR-ready PC laptop
Data acquisition card	National instruments	4472	Samples the analogue signals from the sensors
Directional valve	REXROTH	4WMR10C3X	Bypasses the flow if the angle of actuator shaft goes beyond ±20°
Full body harness	Jelco	740	Protect the subjects from falling
Laser range finder	Micro-epsilon 1302-100	1507307	Measures shank linear displacement
Laser range finder	Micro-epsilon 1302-200	1509074	Measures body linear displacement
Load cell	Omega	LC302-100	Measures vertical reaction forces
Proportional servo-valve	MOOG	D681-4718	Controls the hydraulic flow to the rotary actuators
Rotary actuator	Rotac	26R21VDEISFTFLGMTG	Applies mechanical perturbations
Torque transducer	Lebow	2110-5k	Measures ankle torque
Virtual Environment Motion Trackers	HTC inc.	1551984681	Tracks the head motion
Virtual Reality Headset	HTC inc.	1551984681	Provides visual perturbations