Name: measurement of spatial stability in precision grip
Uploaded: 2020-06-04T12:30:00
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Agradecemos ao Sr. T. Nishida (Técnico, Departamento de Vendas, Divisão de Materiais de Desempenho de Dispositivos, Nitta Co., Ltd, Osaka, Japão.) pelo suporte técnico.

A série de estudos no presente artigo foi aprovada pelo Gunma University Ethical Review Board for Medical Research Involv human subjects.
NOTA: Os critérios de inclusão dos participantes foram a capacidade de compreender o uso de força mínima e a capacidade de realizar a tarefa com o polegar e o dedo indicador. Os critérios de exclusão foram selecionados com base na finalidade dos experimentos.
1. Preparação do equipamento
<ol><li>Conecte dois cabos conec...

<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>

Este procedimento experimental fornece evidências de que uma folha de sensores de pressão flexível poderia ser útil para avaliar a estabilidade espacial durante a aderência de precisão. A direção da força de aderência alterada representa a instabilidade espacial, como um deslizamento de dedo. No entanto, os instrumentos de direção de força do tipo célula de carga existentes têm uma limitação em termos de garantir um movimento natural de alcance-a-aderência. Para resolver esse problema técnico, foi moni...

O controle de força é a base fundamental da aderência de precisão. Em comparação com a aderência de potência, a aderência de precisão avalia a saída de força mínima refletindo a capacidade de manipular um objeto. Múltiplos sistemas sensoriais contribuem para a aderência de precisão. Por exemplo, durante uma tarefa de aderência e elevação, informações visuais permitem a percepção do tamanho e forma do objeto. Depois que as pontas dos dedos tocam o objeto, sinais táteis são entregues ao córtex somatosensorial para ajustar a força de aderência de precisão. A força de aderência (GF) é gerada quando as pontas dos dedos fazem contato com o objeto, e aumenta durante a fase de elevação1. Quando um objeto se aproxima da altura do alvo no ar, jovens saudáveis produzem o GF mínimo para otimizar a entrada cutânea das polpas dos dedos e conservar energia. Por outro lado, os idosos usam uma grande força de aderência para evitar deixar o objeto escapar de sua aderência2. Em pacientes com AVC, o início da força de aderência é adiado e a capacidade de ajustar a margem de segurança é prejudicada devido a déficits sensoriais e motores. A força de aderência exagerada é considerada uma resposta estratégica para compensar os déficits sensoriais e motores3.
O protocolo padrão para medir o controle gf em aderência de precisão foi sugerido por Johansson e Westling na década de 19804. Eles desenvolveram um dispositivo para monitorar as forças de carga e aderência simultaneamente. Desde então, a amplitude gf e sua regulação temporal têm sido utilizadas como parâmetros cinéticos típicos em inúmeros estudos sobre aderência de precisão. Outro parâmetro cinético é a direção de força5. A direção da força resulta de uma combinação de forças de aderência e elevação. Para manter a aderência de precisão estável, as forças de aderência e elevação devidamente direcionadas devem ser geradas entre o polegar e o dedo indicador, e a direção de força desviada pode causar instabilidade espacial. Embora vários instrumentos de direção de força do tipo célula de carga sejam usados em estudos de apreensão, esses instrumentos têm uma limitação em termos de monitoramento do controle da força de aderência na manipulação de objetos de diferentes tamanhos e formas usados na vida diária. Assim, um sensor flexível e anexável é essencial para investigar as relações entre o controle da força de aderência e as funções diárias.
O objetivo deste protocolo é avaliar indiretamente a direção da força do dedo durante a manipulação de um objeto baseado na relação biomecânica na qual a direção da força desviada causa a substituição do Centro de Pressão (COP). O COP é o centro de todas as forças, e representa como as forças são equilibradas na folha de sensores. O uso da COP para avaliar o controle da força de aderência foi sugerido pela primeira vez por Augurelle et al.6. Eles monitoraram o deslocamento da COP para investigar o papel do feedback cutâneo e descobriram que a COP desviada ocorreu após anestesia digital. No entanto, o deslocamento da COP foi monitorado apenas verticalmente em seu estudo; portanto, o deslocamento da COP em um espaço tridimensional não foi adequadamente avaliado. Para resolver essa limitação, foi utilizada uma folha de sensores de pressão fina, flexível e de alta resolução espacial para medir a COP. Sensores relativamente de alta resolução espacial (~60-100 pontos por cm2) para medir o controle da força de aderência foram utilizados7,8, mas os recentes avanços na resolução espacial (248 pontos por cm2) permitem a medição da trajetória da COP como parâmetro para quantificar a estabilidade espacial. Este artigo descreve o procedimento experimental e discute como a COP do dedo contribui para a compreensão da fisiologia e da fisiologia da apreensão.

<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

O objetivo do protocolo é avaliar indiretamente a direção da força do dedo durante a manipulação de um objeto portátil baseado nas relações biomecânicas nas quais a direção da força desviada causa a substituição do Centro de Pressão (COP). Para avaliar isso, é utilizada uma folha de sensores de pressão de alta resolução espacial, fina, flexível e de alta resolução espacial. O sistema permite a medição da trajetória da COP, além da amplitude da força e sua regulação temporal. Uma série de experimentos descobriu que o aumento do comprimento da trajetória refletiu um déficit sensorial em pacientes com AVC, e que a diminuição da trajetória da COP reflete uma estratégia compensatória para evitar que um objeto escorregue da aderência da mão no idoso. Além disso, a trajetória da COP também poderia ser diminuída por dupla interferência de tarefas. Este artigo descreve o procedimento experimental e discute como a COP do dedo contribui para a compreensão da fisiologia e da fisiologia da apreensão.

Vários estudos introduziram protocolos experimentais e dois parâmetros cinéticos (a trajetória da COP e o GF) para medir a força do dedo durante a manipulação de um objeto. Em estudos anteriores, verificou-se que a trajetória da COP aumentou em pacientes com AVC9. Em pacientes com mielopatia cervical, o GF correlaciona-se com o limiar de pressão cutânea e função extremidade superior10. Em jovens saudáveis, o GF aumentou com a interferência cognitiva<sup class=...

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Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

O objetivo deste protocolo é medir a substituição do centro de pressão (COP) usando uma folha de sensores de alta resolução espacial para refletir a estabilidade espacial em uma aderência de precisão. O uso desse protocolo poderia contribuir para uma maior compreensão da fisiologia e da fisiopatologia da apreensão.

Medição da Estabilidade Espacial na Aderência de Precisão

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

Para obter uma compreensão abrangente do controle da Grip Force de apreensão, é importante avaliar uma direção de força de dedo. Sugerimos uma nova técnica mais simples para medir a estabilidade espacial na apreensão de precisão, para avaliar a direção da força do dedo em um ambiente clínico. Demonstrando o procedimento, estará Ryoto Teshima, um estudante de doutorado do nosso laboratório.Antes de iniciar uma análise, conecte dois cabos conectores de sensor às portas USB de um computador e puxe a alavanca presa a um conector de sensor, para permitir a inserção da guia do sensor no slot de inserção. Devolva a alavanca ligada à sua posição original e abra o software do sensor no computador. Se as folhas dos sensores estiverem conectadas corretamente, os mapas de distribuição de pressão em tempo real aparecerão no monitor.Para ajustar a pressão, insira as áreas de detecção da folha do sensor uma a uma em uma plataforma de compressor e ligue a válvula de ar do controlador do compressor. Comece a aplicar a pressão e ajuste o regulador ao valor de carga adequado. Enquanto a pressão está sendo aplicada, selecione Ferramentas e Equilíbrio e clique em Equilibrate1 e inicie, na caixa de diálogo de equilíbrio.A cor do equilíbrio da janela. No final do equilíbrio, selecione Salvar Eq.File, digite o nome do arquivo e clique em Salvar, para salvar o equilíbrio. Clique em Ok.Selecione Ferramentas e Calibração e clique em Adicionar, para inserir o valor de carga em Newtons na caixa Força Aplicada. Clique em Iniciar e verifique o resultado da calibração, para confirmar se a calibração foi realizada corretamente. Aqui, o valor de Newton é de 134,33 e o valor das células carregadas corresponde ao das folhas de sensores que estão sendo usadas.Em seguida, clique em SalvarCal. Arquive, digite o nome do arquivo e clique em Salvar, para salvar a calibração. Coloque peças de três a cinco milímetros de comprimento, de fita dupla face, em cada um dos quatro cantos do cubo de ferro.Use a fita para fixar as partes sensíveis à pressão das duas folhas de sensores, em ambos os lados do cubo de ferro e coloque o cubo de ferro em cima de um suporte de ajuste, sobre uma mesa. Configure os dispositivos para uma medição. Em seguida, abra os arquivos de equilíbrio e calibração no software.Depois de organizar o ambiente de medição, selecione Opções e Parâmetros de Aquisição no software. Na caixa de diálogo parâmetro de aquisição de dados, digite 36.000 na caixa Movie Frames, 0.01 na caixa de período e 100 na caixa frequência, e clique em Ok. Para realizar uma medição, faça com que o participante sente-se em frente a uma mesa e ajuste a altura da mesa para a articulação do ombro do participante de zero graus, e uma posição de flexão articular de cotovelo de 90 graus.Coloque o cubo de ferro e a configuração a 30 centímetros do participante, no plano sagital médio sobre a mesa, e limpe as polpas dos dedos do participante com um cotonete de álcool ou toalha. Instrua o participante a usar força mínima com o polegar e o dedo indicador, para agarrar ambos os lados do cubo de ferro ao qual as folhas do sensor estão presas e levantar o cubo aproximadamente cinco centímetros acima do suporte de configuração. Segurando-o por cinco a sete segundos, antes de colocá-lo de volta no suporte de configuração.Quando o participante estiver pronto, clique na trajetória de Registro e Centro de Força, para monitorar o Centro de Pressão no software e dar-lhes uma dica para iniciar a tarefa. Quando a tarefa for concluída, clique em Parar e salve os dados do filme gravado. Para avaliar o desempenho da tarefa na presença de interferência visual, primeiro permitir que o participante toque nos sensores sem exceder 0,5 Newtons de pressão, antes de instruir o participante a fechar os olhos e usar força mínima com o polegar e o dedo indicador, para levantar o cubo de ferro aproximadamente cinco centímetros acima do suporte de configuração.Em seguida, segure o cubo por cinco a sete segundos, antes de colocá-lo de volta no suporte de configuração. Para avaliar o desempenho da tarefa na presença de interferência cognitiva, instrua o participante como uma tarefa de cálculo, subtraia continuamente sete de 100 o mais precisamente possível, enquanto usa força mínima com o polegar e o dedo indicador, para levantar o cubo de ferro aproximadamente cinco centímetros acima do suporte de configuração, por cinco a sete segundos, antes de colocá-lo de volta no suporte de configuração. Para avaliar o desempenho da tarefa na presença de interferência do movimento da mão contralateral, coloque uma placa de pinos a 30 centímetros de distância do participante, ao lado do cubo de ferro no plano sagital médio, e coloque o tamanho e o número adequados de pinos, de acordo com a dificuldade da tarefa.Em seguida, instrua o participante a manipular o cubo de ferro com força mínima usando o polegar e o dedo indicador, e levantar e segurar o cubo de ferro aproximadamente cinco centímetros acima do suporte de configuração com uma mão enquanto, invertendo os pinos com a outra mão. Para analisar o Grip Force, abra o arquivo do filme para análise na caixa de diálogo. Quando o mapa de distribuição de pressão gravado aparecer, clique em Várias visualizações do Windows, para abrir a janela de gráfico.Localize o ponto no tempo em que a carga começa a ser aplicada em cada elevador e observe o tempo com relação ao gráfico. Salve os dados do Grip Force no formato ASCII e abra o arquivo do filme. Localize o número do quadro no qual a carga começou a ser aplicada em cada elevador na planilha e observe o número do quadro em referência ao ponto de tempo em que a carga foi aplicada.Em seguida, calcule o total da Grip Force usada em uma faixa, que é a soma dos valores da célula que foi aplicada. Para analisar o Centro de Pressão, abra o arquivo do filme para análise, para exibir a trajetória do Centro de Pressão, no mapa de distribuição de pressão. Com o mapa de distribuição de pressão gravado ativo, clique em Play Forward, para reproduzir o filme.Clique em Parar e avançar quadro a quadro, até que o quadro em que o Centro de Pressão começa a aparecer em cada elevador, no mapa de distribuição de pressão. Observe o número do quadro e salve os dados do Centro de Pressão no formato ASCII, certificando-se de que o Centro de Força e Filme Completo sejam selecionados. Abra o arquivo do filme e localize o número do quadro em que o Centro de Pressão começa a aparecer em cada elevador na planilha, com referência ao número do quadro anotado.Em seguida, calcule o comprimento da trajetória do Centro de Pressão entre os quadros. Aqui são mostrados os traços do Centro de Trajetórias de Pressão e Força de Aderência do dedo indicador dominante, em tarefas únicas e duplas para adultos jovens e idosos representativos. Nesta análise representativa, a Grip Force aumentou na interferência do movimento da mão contralateral, enquanto as trajetórias do Centro de Pressão tendem a diminuir.Certifique-se de informar que os participantes devem usar uma força mínima ao executar as tarefas. Caso contrário, eles tenderão a usar uma Força de Aderência relativamente forte, para evitar uma instabilidade espacial.

Research

JoVE Journal

Behavior

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