Name: measurement of spatial stability in precision grip
Uploaded: 2020-06-04T12:30:00
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Agradecemos al Sr. T. Nishida (Técnico, Departamento de Ventas, División de Materiales de Rendimiento de Dispositivos, Nitta Co., Ltd, Osaka, Japón)) por el soporte técnico.

La serie de estudios en el presente documento fueron aprobados por la Junta de Revisión Etica de la Universidad de Gunma para la investigación médica que involucra a sujetos humanos.
NOTA: Los criterios de inclusión para los participantes fueron la capacidad de entender el uso de la fuerza mínima y la capacidad de realizar la tarea con el pulgar y el dedo índice. Los criterios de exclusión se seleccionaron en función del propósito de los experimentos.
1. Prep...

<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 procedimiento experimental proporciona evidencia de que una hoja de sensor de presión flexible podría ser útil para evaluar la estabilidad espacial durante el agarre de precisión. La dirección de fuerza de agarre alterada representa la inestabilidad espacial de agarre, como un deslizamiento de dedo. Sin embargo, los instrumentos de dirección de fuerza de tipo célula de carga existentes tienen una limitación en términos de garantizar un movimiento natural de alcance a agarre. Para resolver este problema téc...

El control de fuerza es la base fundamental del agarre de precisión. En comparación con el agarre de potencia, el agarre de precisión evalúa la salida de fuerza mínima que refleja la capacidad de manipular un objeto. Múltiples sistemas sensorimotor contribuyen a la precisión del agarre. Por ejemplo, durante una tarea de pinzamiento y elevación, la información visual permite la percepción del tamaño y la forma del objeto. Después de que las yemas de los dedos toquen el objeto, las señales táctiles se entregan a la corteza somatosensorial para ajustar la fuerza de agarre de precisión. La fuerza de agarre (GF) se genera cuando las yemas de los dedos hacen contacto con el objeto, y aumenta durante la fase de elevación1. Cuando un objeto se acerca a la altura del objetivo en el aire, los adultos jóvenes sanos producen el GF mínimo para optimizar la entrada cutánea de las pulpas de los dedos y conservar la energía. Por otro lado, los adultos mayores utilizan una gran fuerza de agarre para evitar dejar que el objeto se deslice de su agarre2. En pacientes con accidente cerebrovascular, la aparición de la fuerza de agarre se retrasa y la capacidad de ajustar el margen de seguridad se ve afectada debido a los déficits sensoriales y motores. La fuerza de agarre exagerada se considera una respuesta estratégica para compensar los déficits sensoriales y motores3.
El protocolo estándar para medir el control GF en el agarre de precisión fue sugerido por Johansson y Westling en la década de 19804. Desarrollaron un dispositivo para monitorear las fuerzas de carga y agarre simultáneamente. Desde entonces, la amplitud de GF y su regulación temporal se han utilizado como parámetros cinéticos típicos en numerosos estudios sobre agarre de precisión. Otro parámetro cinético es la dirección de fuerza5. La dirección de la fuerza es el resultado de una combinación de fuerzas de agarre y elevación. Para mantener un agarre de precisión estable, se deben generar fuerzas de agarre y elevación correctamente dirigidas entre el pulgar y el dedo índice, y la dirección de fuerza desviada puede causar inestabilidad espacial. Aunque varios instrumentos de dirección de fuerza de tipo célula de carga se utilizan en estudios de captación, estos instrumentos tienen una limitación en términos de monitoreo del control de fuerza de agarre en la manipulación de objetos de diferentes tamaños y formas utilizados en la vida diaria. Por lo tanto, un sensor flexible y acoplable es esencial para investigar las relaciones entre el control de la fuerza de agarre y las funciones diarias.
El propósito de este protocolo es evaluar indirectamente la dirección de la fuerza del dedo durante la manipulación de un objeto basado en la relación biomecánica en la que la dirección de la fuerza desviada causa el reemplazo del Centro de Presión (COP). La COP es el centro de todas las fuerzas, y representa cómo se equilibran las fuerzas en la hoja de sensores. El uso de la COP para evaluar el control de la fuerza de agarre fue sugerido primero por Augurelle et al.6. Monitorearon el desplazamiento de la COP para investigar el papel de la retroalimentación cutánea y encontraron que la COP desviada ocurrió después de la anestesia digital. Sin embargo, el desplazamiento de la COP sólo se monitorizó verticalmente en su estudio; por lo tanto, el desplazamiento de la COP en un espacio tridimensional no se ha evaluado adecuadamente. Para resolver esta limitación se utilizó una lámina de sensor de presión de resolución espacial delgada, flexible y de alta resolución para medir la COP. Se han utilizado sensores de resolución espacial relativamente altas (60-100 puntos por cm2)para medir el control de la fuerza de agarre7,8, pero los avances recientes en resolución espacial (248 puntos por cm2) permiten la medición de la trayectoria COP como parámetro para cuantificar la estabilidad espacial. Este documento describe el procedimiento experimental y analiza cómo la COP de los dedos contribuye a la comprensión de la fisiología y la fisiopatología del agarre.

<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

El propósito del protocolo es evaluar indirectamente la dirección de la fuerza del dedo durante la manipulación de un objeto de mano basado en las relaciones biomecánicas en las que la dirección de la fuerza desviada causa el reemplazo del centro de presión (COP). Para evaluar esto, se utiliza una hoja de sensor de presión de resolución espacial delgada, flexible y alta. El sistema permite medir la trayectoria COP además de la amplitud de fuerza y su regulación temporal. Una serie de experimentos encontró que el aumento de la longitud de la trayectoria reflejaba un déficit sensorimotor en pacientes con accidente cerebrovascular, y que la disminución de la trayectoria de la COP refleja una estrategia compensatoria para evitar que un objeto se deslice del agarre de la mano en los ancianos. Además, la trayectoria de la COP también podría reducirse mediante interferencias de doble tarea. Este artículo describe el procedimiento experimental y analiza cómo la COP de los dedos contribuye a una comprensión de la fisiología y la fisiopatología del agarre.

Varios estudios han introducido protocolos experimentales y dos parámetros cinéticos (la trayectoria COP y la GF) para medir la fuerza de los dedos durante la manipulación de un objeto. En estudios anteriores, se encontró que la trayectoria de la COP aumentó en pacientes con accidente cerebrovascular9. En pacientes con mielopatía cervical, el GF se correlacionó con el umbral de presión cutánea y la función de extremidad superior10. En sujetos jóvenes sanos, el GF...

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Measurement of Spatial Stability in Precision Grip

El objetivo de este protocolo es medir el reemplazo del centro de presión (COP) utilizando una hoja de sensor de alta resolución espacial para reflejar la estabilidad espacial en un agarre de precisión. El uso de este protocolo podría contribuir a una mayor comprensión de la fisiología y la fisiopatología del agarre.

Medición de la estabilidad espacial en el agarre de precisión

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 obtener una comprensión completa del control de la Fuerza de Agarre del agarre, es importante evaluar la dirección de la fuerza del dedo. Sugerimos una nueva técnica más simple para medir la estabilidad espacial en el agarre de precisión, para evaluar la dirección de la fuerza de los dedos en un entorno clínico. Demostrando el procedimiento, Ryoto Teshima, un estudiante de doctorado de nuestro laboratorio.Antes de comenzar un análisis, conecte dos cables de conector de sensor a los puertos USB de un ordenador y tire hacia arriba de la palanca conectada a un conector de sensor, para permitir la inserción de la pestaña del sensor en la ranura de inserción. Vuelva a colocar la palanca conectada en su posición original y abra el software del sensor en el ordenador. Si las hojas de sensores están conectadas correctamente, aparecerán mapas de distribución de presión en tiempo real en el monitor.Para ajustar la presión, inserte las áreas de detección de la hoja del sensor una por una en una plataforma de compresor y encienda la válvula de aire del controlador del compresor. Comience a aplicar la presión y ajuste el regulador al valor de carga adecuado. Mientras se aplica presión, seleccione Herramientas y Equilibrio y haga clic en Equilibrar1 e inicie, en el cuadro de diálogo de equilibrio.El color del equilibrio de la ventana.debe cambiar a gris. Al final del equilibrio, seleccione Guardar Eq.File, introduzca el nombre del archivo y haga clic en Guardar para guardar el equilibrio. Haga clic en Aceptar.Seleccione Herramientas y calibración y haga clic en Agregar para introducir el valor de carga en Newtons en el cuadro Fuerza aplicada. Haga clic en Inicio y compruebe el resultado de la calibración para confirmar que la calibración se ha realizado correctamente. Aquí, el valor de Newton es 134.33 y el valor de las celdas cargadas coincide con el de las hojas de sensores que se utilizan.A continuación, haga clic en SaveCal. Archivo, introduzca el nombre del archivo y haga clic en Guardar para guardar la calibración. Coloque de tres a cinco milímetros de largo, de cinta adhesiva de doble cara, en cada una de las cuatro esquinas del cubo de hierro.Utilice la cinta para fijar las partes sensibles a la presión de las dos hojas del sensor, a ambos lados del cubo de hierro y coloque el cubo de hierro en la parte superior de un soporte de ajuste, sobre una mesa. Configure los dispositivos para una medición. A continuación, abra los archivos de equilibrio y calibración en el software.Después de organizar el entorno de medición, seleccione Opciones y Parámetros de adquisición en el software. En el cuadro de diálogo Parámetro de adquisición de datos, escriba 36.000 en el cuadro Marcos de película, 0,01 en el cuadro Período y 100 en el cuadro Frecuencia y haga clic en Aceptar. Para realizar una medición, pida al participante que se siente delante de una mesa y ajuste la altura de la mesa a la mancha de la articulación del hombro del participante de cero grados, y una posición de la articulación del codo de 90 grados.Ponga el cubo de hierro y el soporte de ajuste a 30 centímetros del participante, en el plano sagital medio de la mesa, y limpie las pulpas de los dedos del participante con un hisopo de alcohol o una toallita. Indique al participante que utilice una fuerza mínima con el pulgar y el dedo índice, que agarre ambos lados del cubo de hierro al que están conectadas las hojas del sensor, y que levante el cubo aproximadamente cinco centímetros por encima del soporte de ajuste. Sosteniéndolo durante cinco a siete segundos, antes de volver a colocarlo en el soporte de ajuste.Cuando el participante esté listo, haga clic en Registro y centro de fuerza, para supervisar el centro de presión en el software y darle una señal para iniciar la tarea. Una vez completada la tarea, haga clic en Detener y guarde los datos de la película grabada. Para evaluar el rendimiento de la tarea en presencia de interferencia visual, primero permita que el participante toque los sensores sin exceder 0,5 Newtons de presión, antes de indicar al participante que cierre los ojos y utilice una fuerza mínima con el pulgar y el dedo índice, para levantar el cubo de hierro aproximadamente cinco centímetros por encima del soporte de ajuste.A continuación, mantenga el cubo durante cinco a siete segundos, antes de volver a colocarlo en el soporte de ajuste. Para evaluar el rendimiento de la tarea en presencia de interferencia cognitiva, instruya al participante como una tarea de cálculo, restar continuamente siete de 100 con la mayor precisión posible, mientras utiliza una fuerza mínima con el pulgar y el dedo índice, para levantar el cubo de hierro aproximadamente cinco centímetros por encima del soporte de ajuste, durante cinco a siete segundos, antes de colocarlo de nuevo en el soporte de ajuste. Para evaluar el rendimiento de la tarea en presencia de interferencia contralateral del movimiento de la mano, coloque una clavija a 30 centímetros del participante, junto al cubo de hierro en el plano sagital medio, y coloque el tamaño y el número adecuados de clavijas, de acuerdo con la dificultad de la tarea.A continuación, indique al participante que manipule el cubo de hierro con una fuerza mínima utilizando su pulgar y su dedo índice, y que levante y sostenga el cubo de hierro aproximadamente cinco centímetros por encima del soporte de ajuste con una mano mientras, invirtiendo las clavijas con la otra mano. Para analizar la Fuerza de pinzamiento, abra el archivo de película para su análisis en el cuadro de diálogo. Cuando aparezca el mapa de distribución de presión registrado, haga clic en Vista de varias ventanas para abrir la ventana del gráfico.Localice el punto en el tiempo en el que la carga comienza a aplicarse en cada elevación y observe el tiempo con referencia al gráfico. Guarde los datos de Grip Force en formato ASCII y abra el archivo de película. Busque el número de fotograma en el que se comenzó a aplicar la carga en cada elevación de la hoja de cálculo y anote el número de fotograma en referencia al punto de tiempo en el que se aplicó la carga.A continuación, calcule la fuerza de agarre total utilizada en un rango, que es la suma de los valores de la celda que se aplicó. Para analizar el centro de presión, abra el archivo de película para su análisis, para mostrar la trayectoria centro de presión, en el mapa de distribución de presión. Con el mapa de distribución de presión grabado activo, haga clic en Reproducir hacia delante para reproducir la película.Haga clic en Detener y avanzar fotograma a fotograma, hasta que el fotograma en el que el centro de presión comience a aparecer en cada elevación, en el mapa de distribución de presión. Anote el número de fotograma y guarde los datos del centro de presión en formato ASCII, asegurándose de que el Centro de fuerza y toda la película estén seleccionados. Abra el archivo de película y localice el número de fotograma en el que el centro de presión comienza a aparecer en cada ascensor de la hoja de cálculo, con referencia al número de fotograma señalado.A continuación, calcule la longitud de la trayectoria del centro de presión entre fotogramas. Aquí se muestran las trayectorias del Centro de Presión y la Fuerza de Agarre del dedo índice dominante, en tareas individuales y duales para adultos jóvenes y ancianos representativos. En este análisis representativo, la Fuerza de Agarre aumentó en la interferencia contralateral del movimiento de la mano, mientras que las trayectorias del Centro de Presión tendían a disminuir.Asegúrese de informar a los participantes para que utilicen una fuerza mínima al realizar las tareas. De lo contrario, tenderán a usar una Fuerza de Agarre relativamente fuerte, para evitar una inestabilidad espacial.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Medición de Fronto-límbico Actividad Usando una Emocional bicho raro de tareas en niños con alto riesgo familiar para la esquizofrenia

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

Investigación

Comportamiento

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

Medición de señales neurofisiológicas de ignorar y Asistir Procesos en Control de Atención

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

La medición de Umbral de detección de vibraciones y táctil espacial Agudeza en sujetos humanos

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

Adquisición de una alta precisión Skilled Miembro Anterior Alcanzar Tarea en Ratas

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

Utilizando mediciones Electroencefalografía para la comparación de eficiencia en las tareas específicas de los nervios: Tareas de Inteligencia Espacial

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

El 4 Montañas de prueba: una prueba corta de la memoria espacial con alta sensibilidad para el diagnóstico de pre-demencia Enfermedad de Alzheimer

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

Evaluación del deterioro de la memoria espacial en un modelo de ratón de lesión cerebral traumática utilizando un laberinto radial

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

El juego de memoria (espacial): Prueba de la relación entre el lenguaje espacial, objeto de conocimiento y cognición espacial

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

Un ensayo conductual para investigar el papel de la memoria espacial durante defensa instintiva en ratones

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

Analizar el aprendizaje espacial y el comportamiento Prosocial en los ratones con el laberinto de Barnes y paradigmas de la damisela en peligro

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