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 (Technician, Dept of Sales, Division of Device Performance Materials, Nitta Co., Ltd, Osaka, Japan.) for teknisk støtte.

Serien av studier i den foreliggende artikkelen ble godkjent av Gunma University Ethical Review Board for Medical Research Involving Human Subjects.
MERK: Inklusjonskriterier for deltakerne var evnen til å forstå bruken av minimal kraft og evnen til å utføre oppgaven med tommelen og pekefingeren. Ekskluderingskriterier ble valgt basert på formålet med eksperimentene.
1. Utstyr forberedelse
<ol><li>Koble to sensorkontaktkabler til USB-portene på en datamaski...

<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 prosedyren gir bevis for at et fleksibelt trykksensorark kan være nyttig for evaluering av romlig stabilitet under presisjonsgrep. Endret grep kraft retning representerer gripe romlig ustabilitet som en finger slip. Imidlertid har eksisterende lastcelle-type kraftretningsinstrumenter en begrensning når det gjelder å sikre en naturlig rekkevidde-til-grep-bevegelse. For å løse dette tekniske problemet ble COP-banen til området mellom fingermassene og kontaktflaten basert på et biomekanisk forho...

Kraftkontroll er det grunnleggende grunnlaget for presisjonsgrep. Sammenlignet med kraftgrep evaluerer presisjonsgrepet den minimale krafteffekten som reflekterer evnen til å manipulere et objekt. Flere sensoriske systemer bidrar til presisjonsgrep. For eksempel, under et grep og løfte oppgave, visuell informasjon muliggjør oppfatningen av objektets størrelse og form. Etter at fingertuppene berører objektet, leveres taktile signaler til somatosensorisk cortex for å justere presisjonsgrepskraften. Gripekraft (GF) genereres når fingertuppene kommer i kontakt med objektet, og det øker under løftefasen1. Når et objekt nærmer seg målhøyden i luften, produserer friske unge voksne den minimale GF for å optimalisere kutan inngang fra fingermassene og spare energi. På den annen side bruker eldre voksne en stor gripekraft for å unngå å la objektet gli fra grepet2. Hos slagpasienter er utbruddet av gripekraft forsinket og evnen til å justere sikkerhetsmarginen er svekket på grunn av sensoriske og motoriske underskudd. Overdrevet gripekraft anses å være en strategisk respons for å kompensere for sensoriske og motoriske underskudd3.
Standardprotokollen for å måle GF-kontroll i presisjonsgrep ble foreslått av Johansson og Westling på 1980-tallet4. De utviklet en enhet for å overvåke både belastnings- og gripekrefter samtidig. Siden da, GF amplitude og dens timelig regulering har blitt brukt som typiske kinetiske parametere i mange studier på presisjon grep. En annen kinetisk parameter erkraftretningen 5. Kraftretningen er et resultat av en kombinasjon av grep og løftekrefter. For å opprettholde stabil presisjon grep, riktig rettet grep og løft krefter må genereres mellom tommelen og pekefingeren, og den avvikede kraftretningen kan forårsake romlig ustabilitet. Selv om ulike lastcelle-type kraft retning instrumenter brukes i å gripe studier, disse instrumentene har en begrensning i form av overvåking av grep kraft kontroll i manipulering objekter av forskjellige størrelser og former som brukes i dagliglivet. Dermed er en fleksibel og avtakbar sensor avgjørende for å undersøke forholdet mellom grepskraftkontroll og daglige funksjoner.
Formålet med denne protokollen er å indirekte evaluere fingerkraftretningen under manipulering av et objekt basert på det biomekaniske forholdet der avvikende kraftretning forårsaker Senter for trykk (COP) erstatning. COP er sentrum for alle kreftene, og representerer hvordan kreftene balanseres på sensorarket. Bruk av COP for å evaluere grep kraftkontroll ble først foreslått av Augurelle et al.6. De overvåket COP-forskyvning for å undersøke rollen som kutan tilbakemelding og fant ut at avvikende COP skjedde etter digital anestesi. Cop-forskyvningen ble imidlertid bare overvåket vertikalt i studien; Cop-forskyvningen i et tredimensjonalt rom er derfor ikke tilstrekkelig evaluert. For å løse denne begrensningen ble et tynt, fleksibelt og høyt romlig oppløsningstrykksensorark brukt til å måle COP. Relativt høye romlige oppløsningssensorer (~ 60-100 punkter per cm2) for å måle grepskraftkontroll harblitt brukt 7,8, men nylige fremskritt i romlig oppløsning (248 poeng per cm2) tillater måling av COP-banen som en parameter for å kvantifisere romlig stabilitet. Dette papiret beskriver eksperimentell prosedyre og diskuterer hvordan finger COP bidrar til forståelsen av fysiologi og patofysiologi av gripe.

<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 å indirekte evaluere retningen på fingerkraften under manipulering av et håndholdt objekt basert på de biomekaniske forholdene der avvikende kraftretning forårsaker senter for trykk (COP) erstatning. For å evaluere dette brukes et tynt, fleksibelt og høyt romlig trykksensorark. Systemet tillater måling av COP-banen i tillegg til kraftalituden og dens timelige regulering. En rekke eksperimenter fant at økt banelengde reflekterte et sensorisk underskudd hos slagpasienter, og at redusert COP-bane gjenspeiler en kompenserende strategi for å unngå at et objekt glir fra håndgrepet hos eldre. Videre kan COP-banen også reduseres av dobbel oppgaveinterferens. Denne artikkelen beskriver eksperimentell prosedyre og diskuterer hvordan finger COP bidrar til en forståelse av fysiologi og patofysiologi av gripe.

Flere studier har innført eksperimentelle protokoller og to kinetiske parametere (COP banen og GF) for å måle fingerkraft under manipulering av et objekt. I tidligere studier ble det funnet at COP banen økte hos hjerneslag pasienter9. Hos pasienter med cervical myelopati korrelerte GF med kutan trykkterskel og øvre ekstremitetsfunksjon10. Hos friske unge forsøkspersoner økte GF med kognitiv interferens11. Lignende overdrevet GF ble funnet i mo...

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 protokollen er å måle sentrum av trykk (COP) erstatning ved hjelp av en høy romlig oppløsning sensor ark for å gjenspeile romlig stabilitet i et presisjonsgrep. Bruken av denne protokollen kan bidra til større forståelse av fysiologi og patofysiologi av gripe.

Måling av romlig stabilitet i presisjonsgrep

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 å oppnå en omfattende forståelse av Grip Force-kontrollen av grep, er det viktig å evaluere en fingerkraftretning. Vi foreslår en ny enklere teknikk for måling av romlig stabilitet i presisjonsgrep, for å evaluere fingerkraftretningen i en klinisk setting. Viser prosedyren, vil være Ryoto Teshima, en ph.d.-student fra laboratoriet vårt.Før du starter en analyse, kobler du to sensorkontaktkabler til USB-portene på en datamaskin og trekker opp spaken som er festet til én sensorkontakt, slik at sensorfanen settes inn i innsettingssporet. Sett den vedlagte spaken tilbake til sin opprinnelige posisjon, og åpne sensorprogramvaren på datamaskinen. Hvis sensorarkene er riktig tilkoblet, vises trykkfordelingskart i sanntid på skjermen.For å justere trykket setter du sensorområdene på sensorarket en etter en inn i en kompressorrigg og slår på luftventilen til kompressorregulatoren. Begynn å bruke trykket og juster regulatoren til riktig belastningsverdi. Mens trykket påføres, velger du Verktøy og likevekt og klikker Likevekt1 og starter i likevektsdialogboksen.Fargen på likevekt av vinduet, bør endres til grå. Velg Lagre Eq.File på slutten av likevekten, skriv inn filnavnet og klikk Lagre for å lagre likevekten. Klikk ok.Velg Verktøy og kalibrering, og klikk Legg til for å angi lastverdien i Newtons i Brukt kraft-boksen. Klikk Start og kontroller kalibreringsresultatet for å bekrefte at kalibreringen ble utført på riktig måte. Her er Newton-verdien 134,33, og verdien av de lastede cellene samsvarer med sensorarkene som brukes.Klikk deretter SaveCal. Fil, skriv inn filnavnet og klikk Lagre for å lagre kalibreringen. Plasser tre til fem millimeter lange stykker, av dobbeltsidig tape, på hvert av de fire hjørnene av jernkuben.Bruk båndet til å feste de trykkfølsomme delene av de to sensorarkene, til begge sider av jernkuben og plassere jernkuben på toppen av et innstillingsstativ, på et bord. Konfigurer enhetene for en måling. Deretter åpner du likevekts- og kalibreringsfilene i programvaren.Når du har ordnet målemiljøet, velger du Alternativer og Anskaffelsesparametere i programvaren. I dialogboksen Parameter for datainnhenting skriver du inn 36 000 i Filmrammer-boksen, 0,01 i Periode-boksen og 100 i Frekvens-boksen, og klikker Ok. For å utføre en måling, be deltakeren sitte foran et bord og justere bordhøyden til deltakerens skulderleddfleksjon på null grader, og en 90 graders albueleddfleksjonsposisjon.Sett jernkuben og innstillingsstativet 30 centimeter fra deltakeren, midt i sagittalplanet på bordet, og tørk av deltakerens fingermasser med en spritserviett eller towelette. Be deltakeren om å bruke minimal kraft med tommelen og pekefingeren, for å gripe begge sider av jernkuben som sensorarkene er festet til, og å løfte kuben omtrent fem centimeter over innstillingsstativet. Hold den i fem til syv sekunder, før du plasserer den tilbake på innstillingsstativet.Når deltakeren er klar, klikker du På post og senter for kraftbane, for å overvåke trykksenteret i programvaren og gi dem et signal for å starte oppgaven. Når oppgaven er fullført, klikker du Stopp og lagrer de innspilte filmdataene. For å vurdere oppgaveytelsen i nærvær av visuell interferens, først la deltakeren berøre sensorene uten å overstige 0,5 Newtons trykk, før du instruerer deltakeren til å lukke øynene og bruke minimal kraft med tommelen og pekefingeren, for å løfte jernkuben omtrent fem centimeter over innstillingsstativet.Hold deretter kuben i fem til syv sekunder, før du plasserer den tilbake på innstillingsstativet. For å vurdere oppgaveytelsen i nærvær av kognitiv interferens, instruere deltakeren som en beregningsoppgave, trekk kontinuerlig syv fra 100 så nøyaktig som mulig, mens du bruker minimal kraft med tommelen og pekefingeren, for å løfte jernkuben omtrent fem centimeter over innstillingsstativet, i fem til syv sekunder, før den plasseres tilbake på innstillingsstativet. For å vurdere oppgaveytelse i nærvær av kontralateral håndbevegelse interferens, plasser et pinnebrett 30 centimeter unna deltakeren, ved siden av jernkuben i midten sagittalplan, og plasser riktig størrelse og antall plugger, i henhold til oppgavevanskeligheten.Be deretter deltakeren om å manipulere jernkuben med minimal kraft ved hjelp av tommelen og pekefingeren, og å løfte og holde jernkuben omtrent fem centimeter over innstillingsstativet med den ene hånden mens du inverterer pluggene med den andre hånden. Hvis du vil analysere Grip Force, åpner du filmfilen for analyse i dialogboksen. Når det registrerte trykkdistribusjonskartet vises, klikker du Flere Vinduer-visning for å åpne grafvinduet.Finn tidspunktet da lasten begynner å brukes i hver heis, og noter deg tiden med referanse til grafen. Lagre Grip Force-dataene i ASCII-format og åpne filmfilen. Finn rammenummeret der lasten begynte å brukes i hver heis i regnearket, og noter rammenummeret i referanse til tidspunktet da lasten ble brukt.Beregn deretter den totale gripkraften som brukes i et område, som er summen av verdiene fra cellen som ble brukt. Hvis du vil analysere trykksenteret, åpner du filmfilen for analyse for å vise senter for trykkbane, på trykkdistribusjonskartet. Når det innspilte trykkdistribusjonskartet er aktivt, klikker du Spill av fremover for å spille av filmen.Klikk Stopp og gå frem ramme for ramme, til rammen der trykksenteret begynner å vises i hvert løft, på trykkfordelingskartet. Legg merke til rammenummeret, og lagre senter for trykkdata i ASCII-format, og kontroller at Center of Force og Hele filmen er valgt. Åpne filmfilen, og finn rammenummeret der trykksenteret begynner å vises i hver heis i regnearket, med referanse til det angitte rammenummeret.Beregn deretter senter for trykkbanelengde mellom rammer. Her vises Senter for trykkbaner og Grip Force-spor av den dominerende pekefingeren, i enkle og doble oppgaver for representative unge og eldre voksne. I denne representative analysen økte Grip Force i den kontralaterale håndbevegelsesforstyrrelsen, mens Senter for trykkbaner hadde en tendens til å reduseres.Sørg for å informere om at deltakerne bruker en minimal kraft når de utfører oppgavene. Ellers vil de ha en tendens til å bruke en relativt sterk Grip Force, for å unngå en romlig ustabilitet.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Måling av Fronto-limbiske aktivitet Bruke en emosjonell Oddball Task hos barn med familiær høy risiko for schizofreni

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 av Nevrofysiologiske Signaler om Ignorerer og Møtende Prosesser i Attention kontroll

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 av vibrasjon Detection Threshold og Taktil Spatial Acuity i mennesker

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

Erverv av en høy presisjon Dyktige forbena Reaching oppgave i Rats

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

Utnytte elektroencefalografi Målinger for sammenligning av Task-spesifikke Neural Effektivitet: Spatial Intelligence Oppgaver

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-fjellene Test: en kort test av Spatial Memory med høy sensitivitet for påvisning av Pre-demens Alzheimers sykdom

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 av romlig minneverdigelse i en musemodell av traumatisk hjerneskade ved hjelp av en radial vanntrinn 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

(Romlig) minne spillet: Testing forholdet mellom romlige språk, objektet kunnskap og romlig kognisjon

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 atferdsdata analyse for å undersøke rollen av romlige 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 romlige læring og Piezo2 i mus ved hjelp av Barnes labyrinten 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. ...