Name: measurement of spatial stability in precision grip
Uploaded: 2020-06-04T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Spatial Stability in Precision Grip at JoVE.com

Vi takker Mr. T. Nishida (Tekniker, Salgsafdeling, Division of Device Performance Materials, Nitta Co., Ltd, Osaka, Japan.) for teknisk support.

Rækken af undersøgelser i dette papir blev godkendt af Gunma University Ethical Review Board for medicinsk forskning, der involverer mennesker.
BEMÆRK: Inklusionskriterier for deltagerne var evnen til at forstå brugen af minimal kraft og evnen til at udføre opgaven med tommel- og pegefinger. Udelukkelseskriterierne blev udvalgt på grundlag af formålet med forsøgene.
1. Forberedelse af udstyr
<ol><li>Tilslut to sensorstikkabler til usb-portene på en comput...

<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>

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....

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.

<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

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.

Flere undersøgelser har indført eksperimentelle protokoller og to kinetiske parametre (COP bane og GF) til at måle fingerkraft under manipulation af et objekt. I tidligere undersøgelser blev det konstateret, at COP-forløbet steg hos slagtilfældepatienter9. Hos patienter med cervikal myelopati korreleret GF med kutantryktærsklen og den øvre ende funktion10. Hos raske unge forsøgspersoner steg GF med kognitiv interferens11. Lignende overdrevet...

Watch this Scientific Journal Video about Measurement of Spatial Stability in Precision Grip at JoVE.com

Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

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.

Måling af rumlig stabilitet i præcisionsgreb

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

For at opnå en omfattende forståelse af Grip Force kontrol af greb, er det vigtigt at vurdere en finger kraft retning. Vi foreslår en ny enklere teknik til måling af rumlig stabilitet i præcisionsspræg, for at evaluere fingerkraftretningen i en klinisk indstilling. Demonstrere proceduren, vil være Ryoto Teshima, en ph.d.-studerende fra vores laboratorium.Før du påbegynder en analyse, skal du slutte to sensorstikkabler til USB-portene på en computer og trække håndtaget op, der er fastgjort til et sensorstik, for at tillade indsættelse af sensorfanen i indføringsåbningen. Returner det vedlagte håndtag til sin oprindelige position, og åbn sensorsoftwaren i computeren. Hvis sensorarkene er korrekt tilsluttet, vises trykfordelingskort i realtid på skærmen.For at justere trykket skal du sætte sensorarkets følerområder en efter en ind i en kompressorplatform og tænde for kompressorregulatorens luftventil. Begynd at anvende trykket og juster regulatoren til den relevante belastningsværdi. Mens der trykkes, skal du vælge Værktøjer og Ækvilibrering og klikke på Equilibrate1 og starte i dialogboksen ækvilibrering.Farven på ækvilibrering af vinduet, bør skifte til grå. I slutningen af ækvilibreringen skal du vælge Gem Eq.File, indtaste filnavnet og klikke på Gem for at gemme ækviberingen. Klik på Okay.Vælg Værktøjer og kalibrering, og klik på Tilføj for at angive belastningsværdien i Newton i feltet Anvendt kraft. Klik på Start og kontrollér kalibreringsresultatet for at bekræfte, at kalibreringen blev udført korrekt. Her newton værdien er 134,33 og værdien af de indlæste celler svarer til den sensor ark, der anvendes.Klik derefter på GemCal. Fil, angiv filnavnet, og klik på Gem for at gemme kalibreringen. Placer tre til fem millimeter lange stykker, af dobbeltsidet tape, på hver af de fire hjørner af jern terningen.Brug båndet til at fastgøre de trykfølsomme dele af de to sensorark, til begge sider af jernkuben og placere jernkuben oven på en indstillingsstand på et bord. Konfigurer enhederne til en måling. Åbn derefter ækvilibrerings- og kalibreringsfilerne i softwaren.Når du har arrangeret målemiljøet, skal du vælge Indstillinger og anskaffelsesparametre i softwaren. Skriv 36.000 i feltet Filmrammer, 0,01 i feltet Periode og 100 i feltet Frekvens i dialogboksen Parameter til dataindsamling, og klik på Okay. For at udføre en måling skal du få deltageren til at sidde foran et bord og justere bordhøjden til deltagerens skulderled på nul grader og en 90 graders albueflerningsposition.Indstil jernterningen og indstilling stå 30 centimeter fra deltageren, i midten sagittal plan på bordet, og tør deltagerens finger prædikestole med en alkohol podning eller towelette. Instruer deltageren i at bruge minimal kraft med tommelfingeren og pegefingeren, at gribe fat i begge sider af jernkuben, som sensorarkene er fastgjort til, og at løfte terningen ca. fem centimeter over indstillingsstativet. Hold den i fem til syv sekunder, før den sættes tilbage på indstillingsstanden.Når deltageren er klar, skal du klikke på Optag og Center of Force bane, for at overvåge Center of Pressure i softwaren og give dem en cue til at starte opgaven. Når opgaven er fuldført, skal du klikke på Stop og gemme de optagede filmdata. For at vurdere opgavens ydeevne i nærvær af visuel interferens skal du først lade deltageren røre ved sensorerne uden at overskride 0,5 tryk newton, før deltageren instrueres i at lukke øjnene og bruge minimal kraft med deres tommelfinger og pegefinger, til at løfte jernkuben ca. fem centimeter over indstillingsstativet.Hold derefter terningen i fem til syv sekunder, før du placerer den tilbage på indstillingsstanden. For at vurdere opgavens ydeevne i tilstedeværelse af kognitiv interferens, instruere deltageren som en beregning opgave, løbende trække syv fra 100 så præcist som muligt, mens du bruger minimal kraft med deres tommelfinger og pegefinger, at løfte jernterningen cirka fem centimeter over indstillingen stå, i fem til syv sekunder, før du placerer den tilbage på indstillingen stå. For at vurdere opgavens ydeevne i nærvær af kontralateral håndbevægelse interferens, skal du placere en pind bord 30 centimeter væk fra deltageren, ved siden af jern terningen i midten sagittal plan, og placere den passende størrelse og antal pløkker, i henhold til opgaven vanskeligheder.Bed derefter deltageren i at manipulere jernkuben med minimal kraft ved hjælp af deres tommelfinger og pegefinger og at løfte og holde jernkuben ca. fem centimeter over indstillingsstativet med den ene hånd, mens pløkkerne vendes med den anden hånd. Hvis du vil analysere Grip Force, skal du åbne filmfilen til analyse i dialogboksen. Når den registrerede trykfordelingsoversigt vises, skal du klikke på Flere Windows-visninger for at åbne diagramvinduet.Find det tidspunkt, hvor belastningen begynder at blive anvendt i hver lift, og noter klokkeslættet med henvisning til grafen. Gem Grip Force-dataene i ASCII-format, og åbn filmfilen. Find det billednummer, hvor belastningen begyndte at blive anvendt i hver lift i regnearket, og noter rammenummeret i forhold til det tidspunkt, hvor belastningen blev anvendt.Beregn derefter den samlede Grip Force, der bruges i et område, som er summen af værdierne fra den celle, der blev anvendt. Hvis du vil analysere Center of Pressure, skal du åbne filmfilen til analyse for at få vist Center of Pressure-baneforløbet på trykfordelingskortet. Når det optagede trykfordelingskort er aktivt, skal du klikke på Afspil fremad for at afspille filmen.Klik på Stop og frem til ramme for billede, indtil den ramme, hvor centrum af tryk begynder at dukke op i hver lift, på trykfordelingskortet. Bemærk rammenummeret, og gem Center of Pressure-dataene i ASCII-format, og sørg for, at Center of Force og Whole Movie er valgt. Åbn filmfilen, og find det billednummer, hvor Trykcenter begynder at blive vist i hver elevator i regnearket, med henvisning til det noterede billednummer.Beregn derefter midten af trykkets banelængde mellem rammer. Her vises Center of Pressure-bane og Grip Force spor af den dominerende pegefinger i enkelt- og dobbeltopgaver for repræsentative unge og ældre voksne. I denne repræsentative analyse steg Grip Force i den kontralaterale håndbevægelse interferens, mens Center of Pressure baner tendens til at falde.Sørg for at informere deltagerne om, at de skal bruge en minimal kraft, når de udfører opgaverne. Ellers vil de have tendens til at bruge en relativt stærk Grip Force, for at undgå en rumlig ustabilitet.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Måling af Fronto-limbiske aktivitet Brug af en følelsesmæssig Oddball Opgave i børn med Familiær høj risiko for skizofreni

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

Measurement of Neurophysiological Signals of Ignoring and Attending Processes in Attention Control

Måling af Neurofysiologiske Signaler af Ignorerer og Deltage Processer i Attention Kontrol

Attention control is the ability to selectively attend to some sensory signals while ignoring others. This ability is thought to involve two processes: ...

Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects

Måling af Vibration Detection Threshold og Tactile Spatial Acuity i personmotiver

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about ...

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Erhvervelse af en Høj præcision Faglært forben Nå Task i rotter

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Utilizing Electroencephalography Measurements for Comparison of Task-Specific Neural Efficiencies: Spatial Intelligence Tasks

Ved hjælp elektroencephalografi Målinger for Sammenligning af Task-Specifikke neurale Efficiencies: Spatial Intelligence Opgaver

Spatial intelligence is often linked to success in engineering education and engineering professions. The use of electroencephalography enables ...

The 4 Mountains Test: A Short Test of Spatial Memory with High Sensitivity for the Diagnosis of Pre-dementia Alzheimer's Disease

Den 4 Mountains Test: en kort test af rumlig hukommelse med høj følsomhed for Diagnose af Pre-demens Alzheimers sygdom

This protocol describes the administration of the 4 Mountains Test (4MT), a short test of spatial memory, in which memory for the topographical layout of ...

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

Vurdering af rumlig hukommelsessvigt i en musemodel af traumatisk hjerneskade ved hjælp af en radial vandløbs labyrint

Despite the recent increase in use of mouse models in scientific research, researchers continue to use cognitive tasks that were originally designed and ...

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

(Fysisk) huskespil: Test forhold mellem rumlige sprog, objekt viden og rumlige kognition

The memory game paradigm is a behavioral procedure to explore the relationship between language, spatial memory, and object knowledge. Using two different ...

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

En adfærdsmæssige analyse for at undersøge rollen af rumlig hukommelse under instinktiv forsvar i mus

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often ...

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

Analysere rumlige læring og Lis opførsel i mus ved hjælp af Barnes labyrint og jomfru i nød paradigmer

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