Name: measurement of spatial stability in precision grip
Uploaded: 2020-06-04T12:30:00
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我们感谢西田先生（日本大阪日大日尼达公司设备性能材料部销售部技术员）的技术支持。

本文中的一系列研究得到了群马大学涉及人类主体医学研究伦理审查委员会的批准。
注：参与者的包容标准是能够理解使用最小力的能力，以及用拇指和食指执行任务的能力。根据实验的目的选择排除标准。
1. 设备准备
<ol><li>将两根传感器连接器电缆连接到计算机的 USB 端口。拉起连接到传感器接头的操纵杆，并将传感器的卡舌插入插入插槽。将连接?...

<ol>
	<li>Johansson, R. S., Flanagan, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coding+and+use+of+tactile+signals+from+the+fingertips+in+object+manipulation+tasks.">Coding and use of tactile signals from the fingertips in object manipulation tasks.</a> Nature Reviews Neuroscience. 10 (5), 345-359 (2009).</li><li>Cole, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grasp+force+control+in+older+adults.">Grasp force control in older adults.</a> Journal of Motor Behavior. 23 (4), 251-258 (1991).</li><li>Lang, C. E., Schieber, M. H., Nowak, D. A., Hermsd&#246;rfer, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stroke.">Stroke.</a> Sensorimotor control of grasping. , 296-310 (2009).</li><li>Johansson, R. S., Westling, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Roles+of+glabrous+skin+receptors+and+sensorimotor+memory+in+automatic+control+of+precision+grip+when+lifting+rougher+or+more+slippery+objects.">Roles of glabrous skin receptors and sensorimotor memory in automatic control of precision grip when lifting rougher or more slippery objects.</a> Experimental Brain Research. 56 (3), 550-564 (1984).</li><li>Parikh, P. J., Cole, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Handling+objects+in+old+age:+forces+and+moments+acting+on+the+object.">Handling objects in old age: forces and moments acting on the object.</a> Journal of Applied Physiology. 112 (7), 1095-1104 (2012).</li><li>Augurelle, A. S., Smith, A. M., Lejeune, T., Thonnard, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Importance+of+cutaneous+feedback+in+maintaining+a+secure+grip+during+manipulation+of+hand-held+objects.">Importance of cutaneous feedback in maintaining a secure grip during manipulation of hand-held objects.</a> Journal of Neurophysiology. 89 (2), 665-671 (2003).</li><li>Monz&#233;e, J., Lamarre, Y., Smith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+digital+anesthesia+on+force+control+using+a+precision+grip.">The effects of digital anesthesia on force control using a precision grip.</a> Journal of Neurophysiology. 89 (2), 672-683 (2003).</li><li>Fortier-Poisson, P., Langlais, J. S., Smith, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlation+of+fingertip+shear+force+direction+with+somatosensory+cortical+activity+in+monkey.">Correlation of fingertip shear force direction with somatosensory cortical activity in monkey.</a> Journal of Neurophysiology. 115 (1), 100-111 (2016).</li><li>Kurihara, J., Lee, B., Hara, D., Noguchi, N., Yamazaki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+center+of+pressure+trajectory+of+the+finger+during+precision+grip+task+in+stroke+patients.">Increased center of pressure trajectory of the finger during precision grip task in stroke patients.</a> Experimental Brain Research. 237 (2), 327-333 (2018).</li><li>Noguchi, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grip+force+control+during+object+manipulation+in+cervical+myelopathy.">Grip force control during object manipulation in cervical myelopathy.</a> Spinal Cord. , (2020).</li><li>Lee, B., Miyanjo, R., Tozato, F., Shiihara, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual-task+interference+in+a+grip+and+lift+task.">Dual-task interference in a grip and lift task.</a> The Kitakanto Medical Journal. 64 (4), 309-312 (2014).</li></ol>

此实验程序提供了证据，证明柔性压力传感器表可用于评估精确抓地力期间的空间稳定性。改变的夹紧力方向表示抓握空间不稳定，如手指滑动。然而，现有的称重电池型力方向仪器在确保自然接触抓地力运动方面有局限性。为了解决这一技术问题，监测了基于生物力学关系的指浆和接触面之间的区域的COP轨迹。结果表明，COP位移是由偏离力方向引起的。因此，研究发现COP轨迹长度是评估精密抓?...

力控制是精确抓地力的根本基础。与功率夹持相比，精密夹点评估反映操纵物体能力的最小力输出。多个传感器运动系统有助于精确抓地力。例如，在抓握和提升任务期间，视觉信息可以感知对象的大小和形状。指尖触摸物体后，触觉信号被传递到躯体感觉皮层，以调整精确的抓地力。当指尖与物体接触时，将产生夹紧力 （GF），并在提升阶段1中增加。当物体接近空气中的目标高度时，健康的年轻人会产生最小的GF，以优化来自指浆的木质输入并节省能量。另一方面，老年人使用较大的抓地力，以避免让物体从他们的抓地力2滑落。在中风患者中，握力的发作被推迟，并且由于感觉和运动缺陷而削弱调整安全边际的能力。夸张的抓地力被认为是一种战略反应，以弥补感官和运动缺陷3。
测量精密抓地力中GF控制的标准协议是约翰森和韦斯特林在20世纪80年代4年提出。他们开发了一种同时监控负载和抓地力的装置。此后，GF振幅及其时间调节在精密抓地力的众多研究中被作为典型的动力学参数。另一个动力学参数是力方向5。力方向由抓地力和提升力组合产生。为了保持稳定的精确抓地力，必须在拇指和食指之间产生正确定向的抓地力和提升力，而偏离的力方向可能会导致空间不稳定。虽然各种称重细胞型力方向仪器用于抓握研究，但这些仪器在监测控制日常生活中使用的不同尺寸和形状的物体时控制握力有局限性。因此，灵活且可连接的传感器对于研究夹紧力控制与日常功能之间的关系至关重要。
该协议的目的是根据偏离力方向导致压力中心 （COP） 替换的生物力学关系，间接评估物体在操纵过程中的方向。COP 是所有力的中心，表示传感器表上如何平衡力。使用COP来评估抓地力控制首先由奥古尔勒等人6提出。他们监测COP位移，以调查皮肤反馈的作用，并发现偏离COP发生在数字麻醉之后。然而，缔约方会议的流离失所问题仅在其研究中受到纵向监测;因此，对缔约方会议在三维空间中的位移没有得到充分评价。为了解决这一限制，一个薄、灵活、高的空间分辨率压力传感器表用于测量COP。 相对高的空间分辨率传感器（每厘米260~100点）用于测量夹紧力控制，但最近空间分辨率的进步（每厘米248点）允许测量COP轨迹作为参数来量化空间稳定性。本文介绍了实验过程，并讨论了手指COP如何有助于理解掌握的生理学和病理生理学。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alcohol swab</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Wipe participant&#8217;s finger pulps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compressor</td>
			<td>Nitta Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Apply pressure to the sensor seats</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller of compressor</td>
			<td>Nitta Corporation</td>
			<td></td>
			<td>Use to manupirate the compressor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double-sides tapes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Use to attach the sensorseats to the iron cube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iron cube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>150-250g, 30&#215;30&#215;30 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor connector</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Connect the sensorseats to computer.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sensor sheet</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Pressure Mapping Sensor 5027, Tekscan, South Boston, MA, 50 USA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Setting stand</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Set the iron cube on it during the measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software; I-SCAN 5027, Ver. 7.51</td>
			<td>Nitta Corporation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Table</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Use for the measurement</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measurement of spatial stability in precision grip

该协议的目的是根据偏离力方向导致压力中心 （COP） 替换的生物力学关系，间接评估手持物体操作过程中手指力的方向。为了对此进行评估，使用薄、灵活、高空间分辨率压力传感器表。该系统允许测量COP轨迹，以及力振幅及其时间调节。一系列实验发现，增加的轨迹长度反映了中风患者的传感器运动缺陷，而COP轨迹的减少反映了一种补偿策略，以避免物体从老年人的手握滑落。此外，通过双重任务干扰也可以减少缔约方会议的轨迹。本文介绍了实验过程，并讨论了手指COP如何有助于理解掌握的生理学和病理生理学。

一些研究引入了实验协议和两个动力学参数（COP轨迹和GF），用于测量物体操作过程中的手指力。在以前的研究中，发现中风患者的COP轨迹增加9。在宫颈骨髓病患者中，GF与皮肤压力阈值和上肢功能10相关。在健康的年轻受试者中，GF随着认知干扰增加11。类似的夸张GF被发现在反向手运动干扰。 图3 显示了具有代表性的年...

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Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

该协议的目标是使用高空间分辨率传感器表测量压力中心 （COP） 更换，以反映精确抓地力的空间稳定性。使用这一协议有助于加深对掌握生理学和病理生理学的理解。

精密握把空间稳定性的测量

The purpose of the protocol is to indirectly evaluate the direction of the finger force during manipulation of a handheld object based on the ...

要全面了解握力控制抓地力的抓地力，重要的是要评估手指力的方向。我们提出了一种新的简单技术，用于测量精确抓握的空间稳定性，在临床环境中评估手指力的方向。演示程序，将是来自我们实验室的博士生德岛瑞托。在开始分析之前，将两根传感器连接器电缆连接到计算机的 USB 端口，并拉起连接到一个传感器连接器的操纵杆，以便将传感器卡舌插入插入插槽。将连接的操纵杆返回到其原始位置，然后打开计算机中的传感器软件。如果传感器表正确连接，监视器上将显示实时压力分布图。要调节压力，请将传感器表的感应区域一个插入压缩机钻机，然后打开压缩机控制器的空气阀。开始施加压力，将调节器调整到适当的负载值。在施加压力时，选择"工具和平衡"，然后单击"平衡1"，然后开始"平衡"对话框中。窗口的均衡颜色，应更改为灰色。在平衡结束时，选择"保存 Eq.File"，输入文件名并单击"保存"以保存平衡。单击"确定"。选择"工具和校准"，然后单击"添加"，在"应用力"框中输入牛顿的负载值。单击"开始"并检查校准结果，以确认校准已正确执行。此处，牛顿值为 134.33，加载的单元格的值与使用的传感器板的值匹配。然后单击"保存"。文件，输入文件名，然后单击"保存"以保存校准。将三到五毫米长的双面胶带放在铁立方的四个角上。使用胶带将两个传感器板的压力敏感部分连接到铁立方的两侧，然后将铁立方放在设置支架的顶部，放在桌子上。设置测量设备。然后打开软件中的平衡和校准文件。排列测量环境后，在软件中选择"选项"和"采集参数"。在"数据采集参数"对话框中，在"影片帧"框中输入 36，000，在"周期"框中输入 0.01，在"频率"框中输入 100，然后单击"确定"。要执行测量，请让学员坐在桌子前，将桌子高度调整到参与者的肩部关节零度飞度和 90 度肘关节飞转位置。将铁立方设置在距离参与者 30 厘米处的支架上，在桌子上的中下垂平面上，然后用酒精拭子或毛巾擦拭参与者的指浆。指示学员用拇指和食指使用最小力，抓住传感器板所附的铁立方体的两侧，并提升立方体，距离设定支架大约 5 厘米。按住它五到七秒钟，然后将其放回设置支架上。当学员准备就绪时，单击"记录"和"力中心"轨迹，以监视软件中的压力中心，并提示他们启动任务。任务完成后，单击"停止"并保存录制的影片数据。要评估在视觉干扰面前的任务性能，首先允许参与者触摸传感器时不要超过 0.5 牛顿的压力，然后指示学员闭上眼睛，用拇指和食指使用最小的力抬起位于设置支架上方约 5 厘米的铁立方体。然后按住立方体五到七秒钟，然后将其放回设置支架上。要评估存在认知干扰时的任务性能，请指示学员作为计算任务，尽可能准确地从 100 中连续减去 7 个，同时用拇指和食指使用最小力，将铁立方体提升到设置支架上方约 5 厘米处，持续 5 到 7 秒，然后将其放回设置支架上。要评估在有反向手部运动干扰的情况下的任务性能，请根据任务难度，在距离参与者 30 厘米远的铁立方旁边放置一个钉板，并放置适当的尺寸和挂钩数量。然后指示参与者用最小的力使用拇指和食指操纵铁立方，用一只手抬起并按住位于设置支架上方约五厘米处的铁立方体，同时用另一只手反转钉。要分析握把力，请打开影片文件以在对话框中进行分析。当记录的压力分布图出现时，单击"多个窗口视图"以打开图形窗口。找到在每个提升中开始应用负载的时间点，并注意参考图形的时间。以 ASCII 格式保存握把力数据并打开影片文件。找到在电子表格中每个提升中开始应用负载的帧编号，并注意参考应用负载的时间点的帧编号。然后计算范围中使用的总夹持力，即所应用单元格中值的总和。要分析压力中心，请打开影片文件进行分析，在压力分布图上显示压力轨迹中心。激活录制的压力分布图时，单击"向前播放"以播放影片。单击"停止"并按帧前进，直到压力中心开始出现在每个提升器中的框架，在压力分布图上。请注意帧编号，并保存 ASCII 格式的压力中心数据，确保选择力中心和整个影片。打开影片文件，并找到压力中心开始出现在电子表格上每个提升器的框架编号，并参考指出的框架编号。然后计算帧之间的压力轨迹长度中心。在这里，压力轨迹和握力中心的主要食指痕迹，在单和双重任务为有代表性的年轻和老年人显示。在此代表性分析中，夹力在反向手部运动干扰中增加，而压力轨迹中心趋于减小。请务必通知学员在执行任务时要使用最小的力。否则，他们将倾向于使用相对强大的握把力，以避免空间不稳定。

Research

JoVE Journal

Behavior

Measurement of Fronto-limbic Activity Using an Emotional Oddball Task in Children with Familial High Risk for Schizophrenia

的额边缘活度测量在儿童使用情绪穿着或行为古怪的任务与家族性高风险的精神分裂症

Adolescence is a critical developmental period where the early symptoms of schizophrenia frequently emerge. First-degree relatives of people with ...

科研

行为学

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利用脑电图测量任务特定神经效率的比较：空间智能任务

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Assessing Spatial Memory Impairment in a Mouse Model of Traumatic Brain Injury Using a Radial Water Tread Maze

使用径向水痕迷宫评估外伤性脑损伤小鼠模型中的空间记忆障碍

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The (Spatial) Memory Game: Testing the Relationship Between Spatial Language, Object Knowledge, and Spatial Cognition

The Spatial Memory Game: Testing the Relationship Between Spatial Language, Object Knowledge, and Spatial Cognition

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A Behavioral Assay for Investigating the Role of Spatial Memory During Instinctive Defense in Mice

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Analyzing Spatial Learning and Prosocial Behavior in Mice Using the Barnes Maze and Damsel-in-Distress Paradigms

利用巴恩斯迷宫和困境中的破坏范式分析小鼠的空间学习和社会行为

The Barnes maze is a reliable measure of spatial learning and memory that does not require food restriction or exposure to extremely stressful stimuli. ...