Name: measurement of spatial stability in precision grip
Uploaded: 2020-06-04T12:30:00
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西田T.(技術者、販売部、Nitta株式会社ニッタ株式会社)に技術サポートをいただき、ありがとうございます。

本稿の一連の研究は、群馬大学のヒトを対象とする医学研究倫理審査委員会によって承認された。
注:参加者の包含基準は、最小限の力の使用と親指と人差し指でタスクを実行する能力を理解する能力でした。除外基準は実験の目的に基づいて選択した。
1. 設備準備
<ol><li>2 本のセンサー コネクタ ケーブルをコンピュータの USB ポートに接続します...

<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>

この実験手順は、柔軟な圧力センサシートが精密グリップ中の空間安定性を評価するのに役立つ可能性があることを示します。グリップ力の方向の変化は、指のスリップなどの空間的な不安定性を把握することを表します。しかし、既存のロードセル型力方向計器には、自然な手の届く動きを保証するという点で制限があります。この技術的問題を解決するために、生体力学的関係に基づい?...

力制御は精密グリップの基本です。パワーグリップと比較して、精密グリップは、オブジェクトを操作する能力を反映して、最小力出力を評価します。複数のセンサモータシステムが精密グリップに貢献します。たとえば、グリップとリフトのタスク中に、視覚情報を使用すると、オブジェクトのサイズと形状を認識できます。指先が物体に触れた後、触覚信号が体性感覚皮質に送達され、精密なグリップ力を調整する。グリップ力(GF)は指先が物体と接触したときに発生し、持ち上げフェーズ1の間に増加する。物体が空気中のゴールの高さに近づくと、健康な若年成人は、指のパルプからの皮入りの入力を最適化し、エネルギーを節約するために最小限のGFを産生する。一方、高齢者は、オブジェクトがグリップ2から滑り落ちるのを避けるために大きなグリップ力を使用します。脳卒中患者では、グリップ力の発症が遅れ、感覚や運動不足により安全マージンを調整する能力が損なわれる。誇張されたグリップ力は、感覚とモーターの欠損を補うための戦略的な対応であると考えられる3.
高精度グリップでGF制御を測定するための標準的なプロトコルは、1980年代4にヨハンソンとウェストリングによって提案されました。彼らは、負荷とグリップ力の両方を同時に監視する装置を開発しました。それ以来、GF振幅とその時間的調節は、精密グリップに関する数多くの研究において典型的な運動パラメータとして使用されてきました。もう 1 つの運動パラメータは、力方向5 です。力の方向は、グリップ力と揚力の組み合わせから生じます。安定した精度のグリップを維持するためには、親指と人差し指の間に適切に指示されたグリップ力とリフト力を生成する必要があり、偏った力の方向が空間的な不安定性を引き起こす可能性があります。様々なロードセル型力方向計器が把握研究に使用されていますが、これらの機器は、日常生活で使用される異なるサイズや形状の物体を操作する際にグリップ力制御を監視するという点で限界があります。したがって、グリップ力制御と日常機能の関係を調べるには、柔軟で装着可能なセンサが不可欠です。
このプロトコルの目的は、圧力の中心(COP)の置換を引き起こす生体力関係に基づいて、物体の操作中に指力方向を間接的に評価することです。COPはすべての力の中心であり、センサー シート上の力がどのようにバランスを取されているかを表します。グリップ力制御を評価するCOPの使用は、最初にAugurelleら.6によって示唆された。彼らは、女性のフィードバックの役割を調査するためにCOP変位を監視し、逸脱したCOPがデジタル麻酔後に起こったことを発見した。しかし、COPの変位は、研究において垂直にのみ監視された。したがって、三次元空間におけるCOP変位は十分に評価されていない。この制限を解決するために、薄くて柔軟で高い空間分解能センサーシートを使用してCOPを測定しました。グリップフォース制御を測定するための比較的高い空間分解能センサー(cm2あたり60〜100ポイント)は7,8を用いてきましたが、最近の空間分解能(cm2当たり248点)の進歩により、空間安定性を定量化するパラメータとしてCOP軌道の測定が可能になりました。本論文では、実験手順について述べ、フィンガーCOPが把握の生理学と病態生理学の理解にどのように寄与するかを論じる。

<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

このプロトコルの目的は、圧力の中心(COP)の置換を引き起こす生体力学的関係に基づいて、ハンドヘルドオブジェクトの操作中に指力の方向を間接的に評価することです。これを評価するために、薄く、柔軟で、高い空間分解能の圧力センサーシートが使用されます。システムは力の振幅および時間調節に加えてCOP軌道の測定を可能にする。一連の実験では、軌道の長さの増加は脳卒中患者の感覚運動障害を反映し、COP軌道の減少は、高齢者の手のグリップから物体が滑り落ちるのを避けるための補償戦略を反映していることがわかった。さらに、COP軌道は、二重タスク干渉によって減少する可能性もあります。この記事では、実験手順について説明し、フィンガーCOPが把握の生理学と病態生理学の理解にどのように寄与するかを説明します。

いくつかの研究は、オブジェクトの操作中に指の力を測定するための実験的なプロトコルと2つの運動パラメータ(COP軌道とGF)を導入しています。これまでの研究では、脳卒中患者9においてCOP軌道が増加することが判明した。子宮頸部骨髄症患者において、GFは、皮圧閾値および上肢機能10と相関した。健康な若い被験者では、GFは認知障害11</sup...

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Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

このプロトコルの目的は、精度グリップで空間安定性を反映するために、高い空間分解能センサー シートを使用して圧力の中心(COP)の交換を測定することです。このプロトコルを使用すると、把握の生理学と病態生理学の理解を深める可能性があります。

精密グリップにおける空間安定性の測定

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

グリップ力制御の包括的な理解を得るためには、指力方向を評価することが重要である。精密把握における空間安定性を測定し、臨床現場での指力方向を評価する、より簡単な手法を提案する。この手順を実演する、当研究室の博士課程の学生、豊島良人です。分析を開始する前に、2 本のセンサー コネクタ ケーブルをコンピュータの USB ポートに接続し、1 つのセンサー コネクタに接続されたレバーを引き上げて、挿入スロットにセンサー タブを挿入できるようにします。付属のレバーを元の位置に戻し、コンピュータでセンサーソフトウェアを開きます。センサーシートが正しく接続されている場合は、リアルタイムの圧力分布マップがモニタに表示されます。圧力を調整するには、センサシートの感知領域を1つずつコンプレッサーリグに挿入し、コンプレッサーコントローラのエアバルブをオンにします。圧力の適用を開始し、適切な負荷値に調整します。圧力が適用されている間、[ツールと均衡]を選択し、[平衡化1]をクリックして、[平衡]ダイアログ ボックスで[平衡化1]をクリックします。ウィンドウの平衡の色は、灰色に変更する必要があります。平衡の終わりに、[Eq.File を保存]を選択し、ファイル名を入力して[保存]をクリックして、平衡を保存します。[はい] をクリックします。[ツールとキャリブレーション]を選択し、[追加]をクリックして、[適用力]ボックスにニュートンに荷重値を入力します。[スタート]をクリックし、キャリブレーション結果を確認して、キャリブレーションが正しく実行されたことを確認します。ここで、ニュートン値は 134.33 で、ロードされたセルの値は、使用されているセンサー シートの値と一致します。次に、[保存] をクリックします。ファイルを保存するには、ファイル名を入力して[保存]をクリックし、キャリブレーションを保存します。鉄の立方体の四隅のそれぞれに、両面テープの長さ3~5ミリメートルの部分を置きます。テープを使用して、2枚のセンサーシートの感圧部分を鉄キューブの両側に取り付け、鉄キューブをセッティングスタンドの上にテーブルの上に置きます。測定用のデバイスを設定します。次に、ソフトウェア内の平衡とキャリブレーションファイルを開きます。測定環境を調整したら、ソフトウェアで[オプション]と[取得パラメータ]を選択します。[データ取得パラメータ]ダイアログ ボックスで、[ムービーフレーム]ボックスに「36,000」、期間ボックスに0.01、周波数ボックスに100と入力し、[大丈夫]をクリックします。測定を行うために、参加者をテーブルの前に座り、テーブルの高さを参加者の肩関節のフレクシオンゼロ度、90度の肘関節フレクシオン位置に調整させます。参加者から30センチメートル離れた鉄の立方体とセッティングスタンドをテーブルの中側の矢状平面にセットし、参加者の指のパルプをアルコール綿棒またはタオルで拭きます。参加者に、親指と人差し指で最小限の力を使い、センサーシートが取り付けられている鉄キューブの両側をつかみ、立方体を約5センチ上げて設置スタンドを持ち上げるよう指示する。5~7秒間持ってから、設定スタンドに戻します。参加者の準備ができたら、[記録と力の中心] 軌道をクリックしてソフトウェアの圧力中心を監視し、タスクを開始するための手掛かりを与えます。タスクが完了したら、[停止] をクリックして、記録したムービー データを保存します。視覚干渉の存在下でのタスクのパフォーマンスを評価するには、まず参加者が0.5ニュートンの圧力を超えずにセンサーに触れ、参加者に目を閉じて親指と人差し指で最小限の力を使うように指示する前に、設定スタンドの約5センチメートル上に鉄の立方体を持ち上げます。その後、立方体を5~7秒間保持してから、設定スタンドに戻します。認知障害の存在下でタスクのパフォーマンスを評価するには、参加者に計算タスクとして指示し、親指と人差し指で最小限の力を使用しながら、できるだけ正確に100から7を引き、設定スタンドの約5〜7センチメートル上に鉄の立方体を持ち上げ、設定スタンドに戻す前に5〜7秒間持ち上げます。反対手の動きの干渉の存在下でタスクのパフォーマンスを評価するには、ペグボードを参加者から30センチメートル離れたところに置き、中側矢状平面の鉄の立方体の隣に置き、タスクの難易度に応じて適切なサイズとペグの数を配置します。次に、参加者に親指と人差し指を使って最小限の力で鉄の立方体を操作し、片手で設定スタンドの約5センチメートル上に鉄の立方体を持ち上げて持ち上げ、もう一方の手でペグを反転するように指示します。グリップ フォースを解析するには、ダイアログ ボックスで解析用のムービー ファイルを開きます。記録された圧力分布マップが表示されたら、[複数のウィンドウ ビュー] をクリックしてグラフ ウィンドウを開きます。各リフトで荷重が適用され始める時点を特定し、グラフを参照して時間をメモします。グリップ フォース データを ASCII 形式で保存し、ムービー ファイルを開きます。スプレッドシートの各リフトで荷重が適用され始めたフレーム番号を見つけ、荷重が適用された時間ポイントを参照してフレーム番号をメモします。次に、適用されたセルの値の合計である範囲で使用される合計グリップ フォースを計算します。圧力中心を解析するには、ムービー ファイルを開いて分析し、圧力分布マップ上に圧力中心軌道を表示します。録音された圧力分布マップがアクティブな状態で、[再生] をクリックしてムービーを再生します。圧力配分マップ上の各リフトで圧力中心が現れ始めるフレームまで、フレームごとに停止して進めます。フレーム番号をメモし、圧力中心データを ASCII 形式で保存し、センター オブ フォースとムービー全体が選択されていることを確認します。ムービーファイルを開き、注記されたフレーム番号を参照して、スプレッドシート上の各リフトで圧力の中心が表示され始めるフレーム番号を見つけます。次に、フレーム間の圧力軌道の中心の長さを計算します。ここでは、主要人差し指の圧力軌道とグリップフォースの軌跡の中心は、代表的な若年成人および高齢者のための単一および二重のタスクで示されている。この代表的な解析では、グリップ フォースは対側手の動き干渉で増加し、圧力中心軌道は減少傾向がありました。タスクを実行する際には、最小限の力を使用するように参加者に通知するようにしてください。それ以外の場合は、空間的な不安定性を避けるために、比較的強いグリップフォースを使用する傾向があります。

Research

JoVE Journal

Behavior

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