Экспериментальные методы изучения постурального контроля человека

Резюме

Эта статья представляет собой экспериментальную/аналитическую основу для изучения постурального контроля человека. Протокол обеспечивает пошаговые процедуры для выполнения постоянных экспериментов, измерения кинематических и кинетикальных сигналов тела, а также анализа результатов, чтобы дать представление о механизмах, лежащих в основе человеческого постурального контроля.

Аннотация

Многие компоненты нервной и опорно-мостовой систем действуют согласованно для достижения стабильной, вертикальной человеческой осанки. Для понимания роли различных подсистем, участвующих в постуральном контроле человека, необходимы контролируемые эксперименты, сопровождаемые соответствующими математическими методами. В этой статье описывается протокол для выполнения возмущенных постоянных экспериментов, получения экспериментальных данных и проведения последующего математического анализа с целью понимания роли опорно-мостовой системы и централизованного контроля в человеке вертикальной осанки. Результаты, полученные этими методами, имеют важное значение, поскольку они дают представление о здоровом контроле баланса, составляют основу для понимания этиологии нарушения баланса у пациентов и пожилых людей, а также помощь в разработке мероприятий по улучшению постуральный контроль и стабильность. Эти методы могут быть использованы для изучения роли соматосенсорной системы, внутренней жесткости голеностопного сустава и зрительной системы в постуральном контроле, а также могут быть расширены для изучения роли вестибулярной системы. Методы должны быть использованы в случае лодыжки стратегии, где тело движется в первую очередь о голеностопного сустава и считается одной ссылки перевернутый маятник.

Введение

Постуральный контроль человека реализуется через сложные взаимодействия между центральными нервными и опорно-мостовыми системами^1. Человеческое тело в положении по своей сути нестабильна, подвержена различным внутренним (например, дыханию, сердцебиению) и внешним (например, гравитационным) возмущениям. Стабильность достигается за счет распределенного контроллера с центральными, рефлекторными и внутренне составляющими(рисунок 1).

Постуральный контроль достигается: активным контроллером, опосредованным центральной нервной системой (ЦНС) и спинным мозгом, который изменяет активацию мышц; и внутренний контроллер жесткости, который сопротивляется совместному движению без каких-либо изменений в активации мышц(рисунок 1). Центральный контроллер использует сенсорную информацию для генерации нисходящих команд, которые производят корректирующие мышечные силы для стабилизации тела. Сенсорная информация передается зрительными, вестибуляторными и соматосенсорными системами. В частности, соматосенсорная система генерирует информацию о поверхности поддержки и углах суставов; видение предоставляет информацию об окружающей среде; вестибулярная система генерирует информацию о угловой скорости головы, линейном ускорении и ориентации по отношению к гравитации. Центральный контроллер с замкнутым циклом работает с длительными задержками, которые могут дестабилизировать^2. Вторым элементом активного контроллера является рефлекторная жесткость, которая генерирует мышечную активность с короткой задержкой и производит крутящий момент, сопротивляющийся движению суставов.

Существует задержка, связанная с обоими компонентами активного контроллера; следовательно, совместная внутренняя жесткость, которая действует без задержек, играет важную роль в постуральном контроле³. Внутренняя жесткость генерируется пассивными виско-упругими свойствами сокращающихся мышц, мягких тканей и инерционных свойств конечностей, что мгновенно генерирует резистивные крутящие моменты в ответ на любое совместное движение^4. Роль скованности сустава (внутренняя и рефлекторная жесткость) в постуральном контроле четко не понята, так как она меняется с условиями работы, определяемыми активацией мышц^4,5,6 и положением суставов ^{4 , 7 (г. , 8}, оба из которых меняются с телом покачиваться, присущие стоя.

Определение роли центрального контроллера и скованности суставов в постуральном контроле имеет важное значение, поскольку оно обеспечивает основу для: диагностика этиологии нарушений баланса; разработка целевых мероприятий для пациентов; оценка риска падений; разработка стратегий профилактики падения среди пожилых людей; и дизайн вспомогательных устройств, таких как ортопедия и протезирование. Однако, это трудно, потому что различные подсистемы действуют вместе, и только общий результат кинематики тела, тонущий момент суставов, и мышечной электромиографии могут быть измерены.

Поэтому крайне важно разработать экспериментальные и аналитические методы, которые используют измеримые постуральные переменные для оценки вклада каждой подсистемы. Техническая сложность заключается в том, что измерение постуральных переменных осуществляется в замкнутом цикле. В результате входные ресурсы и выходы (причина и следствие) взаимосвязаны. Следовательно, необходимо: а) применять внешние возмущения (в качестве входов), чтобы вызвать постуральные реакции в ответах (как выходы), и б) использовать специализированные математические методы для определения системных моделей и распутывания причинно-следственной связи⁹.

В настоящей статье основное внимание уделяется постурального контроля, когда лодыжки стратегия используется, то есть, когда движения происходят в первую очередь о голеностопного сустава. В этом состоянии, верхняя часть тела и нижние конечности двигаться вместе, следовательно, тело может быть смоделировано как однозвенный перевернутый маятник в sagittal плоскости¹⁰. Стратегия лодыжки используется, когда поверхность поддержки является твердой и возмущения малы^1,11.

Постоянный аппарат, способный применять соответствующие механические (проприоцептивные) и зрительные сенсорные возмущения и записи кинематики тела, кинетики и мышечной активности, был разработан в нашей лаборатории¹². Устройство обеспечивает экспериментальную среду, необходимую для изучения роли жесткости лодыжки, центральных механизмов управления, и их взаимодействия путем генерации постуральных реакций с помощью визуальных или / и соматосенсорных стимулов. Также возможно расширить прибор для того чтобы изучить роль вестибулярной системы путем применения сразу электрической стимуляции к mastoid процессам, которые могут произвести шумиху скорости головки и вызвать постуральные реакции¹²,¹³ .

Другие также разработали аналогичные устройства для изучения человеческого постурального управления, где линейные пьезо электрические приводы¹¹, роторные электрические двигатели^14,15, и линейные электрические двигатели^{16,17 , 18} были использованы для применения механических возмущений на лодыжке в стоя. Более сложные устройства также были разработаны для изучения многосегментного постурального контроля, где можно применять множественные возмущения к голеностопному и тазобедренному суставам одновременно^19,20.

Постоянный аппарат

Два сервоуправляемых электрогидравлических роторных актуаторов двигают две педали, чтобы применить контролируемые возмущения положения лодыжки. Приводы могут генерировать большие крутящий момент (500 Нм), необходимые для постурального контроля; это особенно важно в таких случаях, как вперед худой, где центр тела массы далеко (передняя) от лодыжки оси вращения, в результате чего большие значения лодыжки крутящий момент для постурального контроля.

Каждый роторный актуатор управляется отдельным пропорциональным сервоприводом, используя обратную связь с положением педали, измеряемой высокопроизводительным потентиометром на валу привода(Таблица материалов). Контроллер реализован с помощью системы обработки цифровых сигналов на основе MATLAB в режиме реального времени. Привод / сервопривод вместе имеют пропускную способность более 40 Гц, гораздо больше, чем пропускная способность общей системы постурального управления, лодыжки сустава жесткость, и центральный контроллер²¹.

Устройство виртуальной реальности и окружающая среда

Гарнитура виртуальной реальности (VR)(Таблица материалов)используется для возмущения видения. Гарнитура содержит LCD-экран (двойной AMOLED 3.6' экран с разрешением 1080 х 1200 пикселей на глаз), который предоставляет пользователю стереоскопический вид носителя, отправленного на устройство, предлагая трехмерное восприятие глубины. Скорость обновления составляет 90 Гц, достаточно, чтобы обеспечить твердый виртуальный смысл для пользователей²². Поле зрения экрана 110 ", достаточно для создания визуальных возмущений, аналогичных реальных ситуаций.

Гарнитура отслеживает вращение головы пользователя и изменяет виртуальный вид соответствующим образом, чтобы пользователь полностью погружался в виртуальную среду; таким образом, он может обеспечить нормальную визуальную обратную связь; и он также может возмущать зрение, вращая поле зрения в сагиттальной плоскости.

Кинетические измерения

Вертикальная сила реакции измеряется четырьмя нагрузочными клетками, зажатыми между двумя пластинами под ногой(Таблица Материалов). Крутящий момент лодыжки измеряется непосредственно преобразователями крутящего момента мощностью 565 Нм и торсионной жесткостью 104 кНм/рад; он также может быть измерен косвенно от вертикальных сил, трансцированных нагрузочных клеток, используя их расстояния до лодыжки оси вращения²³, предполагая, что горизонтальные силы, применяемые к ногам в положении малы^2,24. Центр давления (COP) измеряется в сагитальной плоскости путем деления тончатого момента голеностопного сустава на общую вертикальную силу, измеряемую нагрузочными ячейками^23.

Кинематические измерения

Угол наклона ноги такой же, как педаль угол, потому что, когда лодыжки стратегия используется, нога субъекта движется с педалью. Угол шэнка по отношению к вертикали получается косвенно от линейного смещения хвостовика, измеряемого лазерным дальнобойным искателем(Таблица Материалов) с разрешением 50 мкм и пропускной способностью 750 Гц^25. Угол лодыжки - это сумма угла стопы и хвостовика. Угол тела по отношению к вертикали получается косвенно от линейного смещения средней точки между левой и правой задней верхней подвздошных шипов (PSIS), измеряется с помощью лазерного диапазона искателя (Таблица материалов) с разрешением 100 мкм и пропускная способность 750 Гц²³. Положение головы и вращение измеряются по отношению к глобальной системе координат VR-среды базовыми станциями системы VR, которые излучают временные инфракрасные (ИК) импульсы при 60 импульсах в секунду, которые подхватываются датчиками ИК-гарнитуры с субмиллиметровым Точность.

Приобретение данных

Все сигналы фильтруются с анти-алиазный фильтр с угловой частотой 486,3, а затем выборки на 1000 Гц с высокой производительностью 24-бит/8-канальный, одновременный отбор проб, динамический сигнал приобретения карт (Таблица материалов) с динамической диапазон 20 В.

Механизмы безопасности

В постоянный аппарат были включены шесть механизмов обеспечения безопасности для предотвращения травм субъектов; педали управляются отдельно и никогда не мешают друг другу. (1) Вал упорного имеет камеру, которая механически активирует клапан, который отключает гидравлическое давление, если вращение вала превышает 20 евро от горизонтального положения. (2) Две регулируемые механические остановки ограничивают диапазон движения упоров; они устанавливаются в диапазоне движения каждого субъекта до каждого эксперимента. (3) И субъект, и экспериментатор держат тревожную кнопку; нажатие кнопки отключает гидравлические силы от приводов и приводит к их рыхлости, поэтому их можно перемещать вручную. (4) Поручни, расположенные по обе стороны предмета, доступны для оказания поддержки в случае нестабильности. (5) Субъект носит полный ремень безопасности тела (Таблица материалов), прилагается к жесткой перекладины в потолке, чтобы поддержать их в случае падения. Ремень слабину и не мешает нормальному положению, если объект не станет нестабильным, где ремень предотвращает падение объекта. В случае падения движения педали будут остановлены вручную либо субъектом, с помощью кнопки паники, либо экспериментатором. (6) Сервоприводы останавливают вращение приводов с помощью небезопасных механизмов в случае перебоя электроснабжения.

протокол

Все экспериментальные методы были одобрены Советом по этике исследований Университета Макгилла, и перед участием субъекты подписали информированное согласие.

1. Эксперименты

ПРИМЕЧАНИЕ: Каждый эксперимент включает в себя следующие шаги.

1. Предварительная проверка
   1. Подготовьте определенный план всех испытаний, которые будут выполнены, и составьте контрольный список для сбора данных.
   2. Предоставьте субъекту форму согласия со всей необходимой информацией, попросите его внимательно прочитать, ответить на любые вопросы, а затем попросите их подписать форму.
   3. Запись веса, роста и возраста субъекта.
2. Тема подготовки
   1. Измерение электромиографии
      1. Используйте одиночные дифференциальные электроды(Таблица материалов)с межэлектродным расстоянием 1 см для измерения электромиографии (ЭМГ) мышц лодыжки.
      2. Используйте усилитель(Таблица материалов) с общим приростом 1000 и пропускной способностью 20-2000 Гц.
      3. Для обеспечения высокого соотношения сигнала к шуму (SNR) и минимального перекрестного разговора, найти и пометить области вложения электрода в соответствии с руководящими принципами, предоставляемыми проектом Seniam²⁶, как ниже: (1) для медианных гастрокнемий (MG), наиболее заметным выпуклостью мышцы; (2) для боковой гастрокнемии (LG), 1/3 линии между головкой малоберцовой кости и пятки; (3) для soleus (SOL), 2/3 линии между медиальными кондилями бедренной кости и медиальной маллеолусом; (4) для tibialis передней (TA), 1/3 линии между кончиком малоберцовой кости и кончиком медиаль моллеолуса.
      4. Бритье отмеченных участков бритвой и очистить кожу с алкоголем. Дайте коже тщательно высохнуть.
      5. Бритье костлявой области на коленной чашечки для эталонного электрода, и чистой с алкоголем.
      6. Ите предмет лежат в расслабленном положении на спине.
      7. Поместите эталонный электрод на бритую область коленной чашечки.
      8. Прикрепите электроды один за 1 к бритым участкам мышц, используя двусторонню ленту, заботясь о том, чтобы электроды были прикреплены к коже надежно.
      9. После размещения каждого электрода, попросите субъекта выполнить подошвенное/дризмлексирующее сжатие против сопротивления и изучить формы волн на осциллоскопе, чтобы убедиться, что сигнал EMG имеет высокий SNR. Если сигнал SNR плохой, переместите электроды до тех пор, пока не будет найдено место с высоким SNR.
      10. Убедитесь, что движения субъекта не мешают кабели EMG.
   2. Кинематические измерения
      1. Прикрепите отражающий маркер к хвостовику с ремешком, который будет использоваться для измерения угла хвостовика.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Поместите хвостовик маркер аж можно выше на хвостовик для создания максимально возможного линейного смещения для данного вращения, поэтому, улучшение углового разрешения.
      2. Поставьте предмет на ремень безопасности.
      3. Прикрепите светоотражающий маркер к талии объекта ремнем, который будет использоваться для измерения верхнего угла тела. Убедитесь, что пояс отражающий маркер находится в средней точке между левой и правой PSISs и что одежда субъекта не покрывает талии отражающей поверхности.
      4. Попроси тему попасть на постоянный аппарат.
      5. Отрегулируйте положение ноги субъекта, чтобы выровнять боковой и медиаловый моллеоли каждой ноги к оси педали вращения.
      6. Очертите положение ног субъекта с маркером и поручить им держать ноги в тех же местах во время экспериментов. Это обеспечивает оси вращения лодыжек и приводов остаются выровнены на протяжении всего эксперимента.
      7. Отрегулируйте вертикальное положение искателей лазерного диапазона, чтобы указать на центр светоотражающих маркеров. Отрегулируйте горизонтальное расстояние между лазерным дальномером и светоотражающими маркерами, чтобы искатели диапазона работали в середине диапазона и не насыщались во время тихого стояния.
      8. Ите субъект наклониться вперед и назад о лодыжке и убедитесь, что лазеры остаются в пределах их рабочего диапазона.
      9. Измерьте высоту лазерных искателей диапазона по отношению к оси лодыжки вращения.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Эти высоты используются для преобразования линейных смещений в углы.
   3. Экспериментальные протоколы
      1. Сообщите субъекту, чего ожидать от каждого условия испытания.
      2. Поручите субъекту спокойно стоять с руками на стороне, глядя вперед, и поддерживать равновесие, как они делают, когда сталкиваются с реальными возмущениями.
      3. Для возмущенных испытаний, начать возмущение и позволить субъекту адаптироваться к нему.
      4. Начало сбора данных после того, как объект установил стабильное поведение.
      5. Предоставьте субъекту достаточный период отдыха после каждого испытания, чтобы избежать усталости. Общайтесь с ними, чтобы увидеть, если им нужно больше времени.
      6. Выполните следующие испытания.
         1. Для аппаратного теста выполните 2-минутный тест для изучения данных датчика за 2 ч до прибытия субъекта. Ищите нерегулярно большие шумы или смещения в записанных данных датчика. Если есть проблемы, решить их до того, как предмет прибывает.
         2. Для спокойного положения, выполнить 2-минутный тихий стоясуд без возмущений.
            ПРИМЕЧАНИЕ: Это испытание предоставляет ссылку, необходимую для определения, если / как постуральные переменные меняются в ответ на возмущения.
         3. Для возмущенных экспериментов, запустить возмущение и получить данные для 2'3 мин. Нанесите педали возмущения, если цель состоит в том, чтобы исследовать роль соматосенсорной системы / лодыжки жесткость в стоя. Применяйте визуальные возмущения, если цель состоит в изучении роли зрения в постуральном контроле. Применять визуальные и педали возмущения одновременно, если цель состоит в том, чтобы изучить взаимодействие двух систем в постуральной контроля.
            ПРИМЕЧАНИЕ: Возмущения педали применяются как вращение педалей устройства. Аналогичным образом, визуальные возмущения применяются при вращении виртуального поля зрения с помощью VR-гарнитуры. Угол педали/визуального поля следует за сигналом, выбранным в зависимости от целей исследования. В разделе обсуждения приводятся подробные сведения о типах возмущений, используемых для изучения постурального контроля и достоинств каждого возмущения.
      7. Выполните как минимум 3 испытания для каждого конкретного возмущения.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Несколько испытаний проводится для обеспечения надежности моделей при проведении анализа собранных данных; например, можно перекрестно проверять модели.
      8. Выполните испытания в случайном порядке, чтобы убедиться, что испытуемые не научатся реагировать на конкретные возмущения; это также позволяет проверить время, меняющее поведение.
      9. Проверьте данные визуально после каждого испытания, чтобы убедиться, что приобретенные сигналы имеют высокое качество.

2. Идентификация человеческого постурального контроля

1. Непараметрическая идентификация динамического отношения угла тела к зрительным возмущениям
   1. Эксперимент
      1. Приобретайте визуально возмущенные испытания в течение 2 мин в соответствии со шагами в разделах 1.1 и 1.2.
      2. Используйте трапециевидный сигнал (Trap) с пиковой амплитудой 0,087 рад и скоростью 0,105 рад/с.
      3. Держите положение педали постоянно под нулевым углом.
   2. Анализа
      ПРИМЕЧАНИЕ: Анализ данных в разделах 2.1.2 и 2.2.2 выполняется с помощью MATLAB.
      1. Уничтожь необработанный угол тела и визуальные сигналы возмущения (например, что самая высокая наблюдаемая частота составляет 10 Гц), используя следующие команды:
         
         
         Где
         
         
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: Для выборки 1 кГц, коэффициент уничтожения должен быть 50, чтобы иметь самую высокую частоту 10 Гц.
      2. Выберите самую низкую частоту интереса, которая определит длину окна для оценки мощности.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Здесь выбирается минимальная частота 0,1 Гц, поэтому длина окна для оценки мощности составляет 1/0,1 Гц и 10 с. Разрешение частоты такое же, как и минимальная частота, и поэтому расчеты выполняются по 0,1, 0,2, 0,3, ..., 10 Гц.
      3. Выберите тип окна и степень перекрытия, чтобы найти спектры питания.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Для пробной длины 120 с, 10 с Ханнинг окна с 50% перекрытия приводит в среднем 23 сегментов для оценки спектра мощности. С тех пор, как мы уничтожили данные до 20 Гц, окно длиной 10 с имеет длину 200 образцов.
      4. Используйте функцию, чтобы найти частотный ответ (FR) системы:
         
         Где
         
         
         
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: Представленная функция вычисляет поперечный спектр между уничтоженным возмущением VR и углом тела в частотах, указанных, используя окно Hanning с указанной длиной и числом перекрытий, равных (т.е. 50% перекрытия). Аналогичным образом, он вычисляет автоспектр ввода VR. Затем, используя расчетный кросс-спектр и автоспектр, он вычисляет FR системы.
      5. Найдите прибыль и фазу расчетного FR в шаге 2.1.2.4, используя следующие команды:
         
         
         Где
         
         
      6. Рассчитайте функцию согласованности с помощью следующей команды:
         
         Где
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: функция следует аналогичной процедуре, чтобы найти согласованность между и .
      7. Участок усиления, фазы и согласованности в качестве функции частоты.
         
         
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: Представленный метод может быть распространен на случай, когда применяются как визуальные, так и механические возмущения, где необходимо^{использовать}метод идентификации FR с несколькими входными данными(MIMO) FR. Идентификация также может быть сделано с помощью подпространственного метода (который по своей сути имеет дело с системами MIMO)²⁷ или с помощью методов параметрической передачи функции, таких как MIMO Box-Jenkins²⁸. Подпространство и Box-Jenkins (и другие методы) реализованы в наборе инструментов идентификации системы MATLAB.
2. Параметрическая идентификация лодыжки внутренней жесткости в положении
   1. Эксперимент
      1. Выполните механически возмущенные испытания в течение 2 мин. Используйте псевдослучайные двоичные последовательности (PRBS) возмущения с пиковой до пиковой амплитуды 0,02 рад и интервалом переключения 200 ms. Убедитесь, что педаль средний угол равен нулю.
   2. Анализа
      1. Дифференцировать сигнал ноги одинраз, чтобы получить скорость ноги (, дважды, чтобы получить ускорение ноги ( и три раза, чтобы получить его рывок ( Аналогичным образом дифференцировать крутящий момент, чтобы получить его скорость и ускорение, используя следующие Команды:
         
         Где
         
         
         
      2. Вычислите расположение локальной максимы и локальной минимы скорости стопы, чтобы найти импульсы, используя следующую команду:
         
         
         Где
         
         
         
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: функция находит все местные максимы (положительная скорость ноги) и их расположение. Чтобы найти локальную миниму, используется та же функция, но знак скорости угла стопы должен быть обращен вспять.
      3. Дизайн^8-го порядка Butterworth низкопроходной фильтр с угловой частотой 50 Гц, используя следующую команду:
         
         
         
         
         
      4. Фильтр все сигналы с нулевой фазы сдвиг с помощью фильтра Butterworth:
         
         
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: функцияфильтрфилата не вызывает никаких сдвигов в фильтрованном сигнале. Не используйте функцию "фильтр", так как она генерируетсдвиг.
      5. Участок скорости ноги, и визуально найти оценку периода времени между экстремальной скорости стопы и начала импульса (который является первой точкой с нулевой скоростью ноги до пиковой скорости). Для возмущения в этом исследовании, этот момент произошло 25 мс до скорости экстремальной найдены в шаге 2.2.2.2.
      6. Для каждого импульса, вычислить лодыжки фоновый крутящий момент, как среднее крутящий момент лодыжки 25 мс до начала импульса, т.е., среднее крутящий момент в сегменте, начиная 50 мс до 25 мс до скорости экстрема. Сделайте это для пульса k^th с положительной скоростью, используя следующую команду:
         
         
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: Это делается как для максимальных, так и для минимальных скоростей (отрицательная скорость стопы), найденной в шаге 2.2.2.2.
      7. Найдите минимальный и максимальный фоновый крутящий момент для всех импульсов, используя следующую команду:
         
         
      8. Для каждого импульса извлекайте данные крутящего момента 65 мс после начала импульса (как внутренний сегмент крутящего момента), используя следующую команду:
         
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: Это также делается для первого и второго производного крутящего момента лодыжки (для обеспечения первого и второго производного внутреннего крутящего момента), а также, угол ноги, скорость стопы, ускорение ног, и ноги рывок.
      9. Вычислите изменение в сегменте крутящего момента k^th от его первоначального значения, используя следующую команду:
         
         ПРИМЕЧАНИЕ: Это делается аналогичным образомдля ноги угол для получения .
      10. Разделите диапазон крутящего момента (полученный в шаге 2.2.2.7) на 3 Нм широкие бункеры и найдите импульсы с фоновым крутяющим моментом в каждом бункере.
          ПРИМЕЧАНИЕ: Это делается с помощью функции"найти" и индексации. Предполагается, что внутренняя жесткость постоянна в каждом бункере, так как задний торчащий момент фона лодыжки существенно не меняется.
      11. Оцените внутренние параметры жесткости расширенной внутренней модели (EIM)²⁹, для j^th bin сиспользованием импульсов в группе j ().
          1. Concatenate все внутренние реакции крутящего момента в j й бен, чтобы сформировать вектор:
             
             где находится ith ( ) внутренний ответ крутящего момента в группе j.
             ПРИМЕЧАНИЕ: Аналогичным образом, concatenate угол ноги, скорость, и ускорение, и первый и второй производные внутренней крутящий момент j^й группы, которые будут использоваться в шаге 2.2.2.11.2.
          2. Поместите угол стопы, скорость, ускорение и рывок, а также первую и вторую производную крутящего момента группы j вместе, чтобы сформировать матрицу регрессора:
             
          3. Найдите внутренние параметры жесткости для группы j^th с помощью оператора backslash:
             
          4. Извлекайте четвертый элемент как низкочастотная внутренняя жесткость.
      12. Выполните шаги в разделе 2.2.2.11 для всех групп (бинов) и оцените соответствующую низкочастотную внутреннюю жесткость.
      13. Разделите все предполагаемые значения низкочастотной жесткости на критическую жесткость субъекта:
          
          где м масса субъекта, г является гравитационное ускорение, и высота центра тела массы выше лодыжки оси вращения, полученные из антропометрических данных³⁰. Это дает нормализованнуюжесткость ().
      14. Преобразуйте тонущий момент фоналодыжки в положение кCop фона лодыжки (), разделив тонущий фон лодыжки с соответствующими измеренными вертикальными силами.
      15. Участок как функция центра давления.
          
          Где
          
          

Результаты

Псевдо случайные тернары последовательность (PRTS) и Ловушка сигналов

На рисунке 2A показан сигнал PRTS, который генерируется путем интеграции псевдослучайного профиля скорости. Для каждого

Обсуждение

Несколько шагов имеют решающее значение для выполнения этих экспериментов для изучения человека постурального контроля. Эти шаги связаны с правильным измерением сигналов и включают в себя: 1) Правильное выравнивание хвостовика лодыжки оси вращения к педалям, для правильного измерени?...

Материалы

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