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 tackar Mr T. Nishida (Tekniker, Inst för försäljning, Avdelningen för enhetsprestanda material, Nitta Co, Ltd, Osaka, Japan.) för teknisk support.

Serien av studier i den föreliggande uppsatsen godkändes av Gunma University Ethical Review Board for Medical Research Involving Human Subjects.
OBS: Inklusionskriterier för deltagare var förmågan att förstå användningen av minimal kraft och förmågan att utföra uppgiften med tummen och pekfingret. Uteslutningskriterier valdes ut baserat på syftet med experimenten.
1. Utrustningsberedning
<ol><li>Anslut två sensorkontaktkablar till USB-portarna på en ...

<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>

Denna experimentella förfarande ger belägg för att en flexibel trycksensor ark skulle kunna vara användbart för att utvärdera rumsliga stabilitet under precision grepp. Ändrad greppkraftsriktning representerar att gripa rumslig instabilitet som en fingersnedsteg. Befintliga instrument för force force-direction av lastcelltyp har dock en begränsning när det gäller att säkerställa en naturlig räckvidd-till-grepp-rörelse. För att lösa detta tekniska problem övervakades COP-banan för området mellan finger...

Force control är den grundläggande grunden för precisionsgrepp. Jämfört med effektgrepp utvärderar precisionsgrepp den minimala kraftutgång som återspeglar förmågan att manipulera ett objekt. Flera sensorimotoriska system bidrar till precisionsgrepp. Till exempel, under ett grepp och lyft uppgift, visuell information möjliggör uppfattningen av objektets storlek och form. Efter fingertopparna röra objektet, taktila signaler levereras till somatosensory cortex att justera precision grepp kraft. Gripkraft (GF) genereras när fingertopparna får kontakt med objektet, och den ökar under lyftfasen1. När ett objekt närmar sig målhöjden i luften, producerar friska unga vuxna den minimala GF för att optimera testning ingång från finger massa och spara energi. Å andra sidan använder äldre vuxna en stor greppkraft för att undvika att låta föremålet glida från sitt grepp2. Hos strokepatienter fördröjs inst inst i gripkraften och förmågan att justera säkerhetsmarginalen försämras på grund av sensoriska och motoriska underskott. Överdriven greppkraft anses vara ett strategiskt svar för att kompensera för sensoriska och motoriska underskott3.
Standardprotokollet för att mäta GF-kontroll i precisionsgrepp föreslogs av Johansson och Westling på 1980-talet4. De utvecklade en anordning för att övervaka både last- och greppkrafter samtidigt. Sedan dess har GF amplitud och dess tidsmässiga reglering använts som typiska kinetiska parametrar i ett flertal studier om precisionsgrepp. En annan kinetisk parameter ärkraftriktningen 5. Kraftriktningen är en följd av en kombination av grepp- och lyftkrafter. För att bibehålla stabilt precisionsgrepp måste korrekt riktat grepp och lyftkrafter genereras mellan tummen och pekfingret, och den avvikna kraftriktningen kan orsaka rumslig instabilitet. Även om olika last cell-typ kraft riktningsinstrument används i gripa studier, dessa instrument har en begränsning när det gäller att övervaka greppkraften kontroll i manipulera objekt av olika storlekar och former som används i det dagliga livet. Således är en flexibel och fästbar sensor väsentlig för att undersöka sambanden mellan greppkraftsstyrning och dagliga funktioner.
Syftet med detta protokoll är att indirekt utvärdera finger kraft riktning under manipulering av ett objekt baserat på biomekaniska förhållandet där avvikit kraft riktning orsaker Center of Pressure (COP) ersättning. COP är centrum för alla krafter, och representerar hur krafterna balanseras på sensorn arket. Användning av COP för att utvärdera greppkraften kontroll föreslogs först av Augurelle et al.6. De övervakade COP förskjutning för att undersöka rollen av testning feedback och fann att avvikit COP inträffade efter digital anestesi. COP förskjutning övervakades dock endast vertikalt i sin studie; därför har COP-förskjutningen i ett tredimensionellt utrymme inte utvärderats på ett tillfredsställande sätt. För att lösa denna begränsning en tunn, flexibel, och hög rumslig upplösning trycksensor ark användes för att mäta COP. Relativt hög spatial upplösning sensorer (~ 60–100 poäng per cm2) för att mäta grepp kraft kontroll har använts7,8, men de senaste framstegen i rumslig upplösning (248 poäng per cm2) tillåta mätning av COP banan som en parameter för att kvantifiera rumslig stabilitet. Denna uppsats beskriver det experimentella förfarandet och diskuterar hur finger COP bidrar till förståelsen av fysiologi och patofysiologi av gripa.

<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

Syftet med protokollet är att indirekt utvärdera riktningen av fingerkraften under manipulering av ett handhållet objekt baserat på de biomekaniska relationer där avvikit kraft riktning orsaker centrum för tryck (COP) ersättning. För att utvärdera detta används en tunn, flexibel och hög rumslig upplösning trycksensor plåt. Systemet möjliggör mätning av COP-banan utöver kraftamplituden och dess tidsmässiga reglering. En serie experiment fann att ökad bana längd återspeglas en sensorimotor underskott i stroke patienter, och att minskade COP bana återspeglar en kompensatorisk strategi för att undvika ett objekt glider från handgrepp hos äldre. Dessutom skulle COP-banan också kunna minskas genom dubbel aktivitetsstörning. Denna artikel beskriver det experimentella förfarandet och diskuterar hur finger COP bidrar till en förståelse av fysiologi och patofysiologi av gripa.

Flera studier har infört experimentella protokoll och två kinetiska parametrar (COP-banan och GF) för att mäta fingerkraft under manipulering av ett objekt. I tidigare studier, Det konstaterades att COP banan ökade hos strokepatienter9. Hos cervikala myelopatipatienter korrelerade GF med den testninga trycktröskeln och övre ändens funktion10. Hos friska unga försökspersoner ökade GF med kognitiv interferens11. Liknande överdrivna GF hitta...

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 detta protokoll är att mäta centrum för tryck (COP) ersättning med hjälp av en hög rumslig upplösning sensor ark för att återspegla den rumsliga stabiliteten i en precision grepp. Användningen av detta protokoll skulle kunna bidra till större förståelse av fysiologi och patofysiologi av gripa.

Mätning av Spatial stabilitet i Precision Grip

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

För att få en omfattande förståelse av Grip Force-kontrollen av fattningsförmågan är det viktigt att utvärdera en fingerkraftsriktning. Vi föreslår en ny enklare teknik för att mäta rumsliga stabilitet i precision gripa, att utvärdera finger kraft riktning i en klinisk miljö. Demonstrera förfarandet, kommer att Ryoto Teshima, en doktorand från vårt laboratorium.Innan du påbörjar en analys ska två sensorkontaktkablar anslutas till USB-portarna på en dator och dra upp spaken som sitter fast i en sensorkontakt, för att möjliggöra infogning av sensorfliken i infogningsplatsen. Återför den bifogade spaken till sitt ursprungliga läge, och öppna sensorns programvara i datorn. Om sensorn ark är korrekt ansluten, kommer realtid tryckfördelning kartor visas på bildskärmen.För att justera trycket, sätt in sensorarkets avkänningsområden en efter en i en kompressorrigg och sätt på kompressorns styrenhets luftventil. Börja applicera trycket och justera regulatorn till lämpligt belastningsvärde. Medan tryck tillämpas väljer du Verktyg och jämvikt och klickar på Equilibrate1 och startar, i dialogrutan jämvikt.Färgen på jämvikt av fönstret, bör ändras till grå. I slutet av jämvikten väljer du Spara Eq.File, anger filnamnet och klickar på Spara, för att spara jämvikten. Klicka på Okej.Välj Verktyg och Kalibrering och klicka på Lägg till, för att ange belastningsvärdet i Newton i rutan Tillämpad kraft. Klicka på Starta och kontrollera kalibreringsresultatet, för att bekräfta att kalibreringen utfördes korrekt. Här är Newton-värdet 134,33 och värdet på de laddade cellerna matchar det för de sensorark som används.Klicka sedan på SaveCal. Fil, ange filnamnet och klicka på Spara, för att spara kalibreringen. Placera tre till fem millimeter långa bitar, av dubbelsidig tejp, på var och en av de fyra hörnen av järnkuben.Använd tejpen för att fästa de tryckkänsliga delarna av de två sensorarkerna, på järnkubens båda sidor och placera järnkuben ovanpå ett ställställ, på ett bord. Ställ in enheterna för en mätning. Öppna sedan filerna för jämvikt och kalibrering i programvaran.Efter att ha arrangerat mätmiljön väljer du Alternativ och FörvärvSparametrar i programvaran. I dialogrutan Parameter för dataanskaffning anger du 36, 000 i rutan Filmramar, 0,01 i rutan Period och 100 i rutan Frekvens och klickar på Okej. För att utföra en mätning, låt deltagaren sitta framför ett bord och justera bordshöjden till deltagarens axelledsflection av noll grader, och en 90 graders armbågsledsflectionposition.Ställ in järnkuben och ställ stand 30 centimeter från deltagaren, i mitten av sagittal planet på bordet, och torka deltagarens fingermassa med en alkoholsudd eller towelette. Instruera deltagaren att använda minimal kraft med tummen och pekfingret, att fatta tag i båda sidor av järnbiten som sensorarkerna är fästa vid, och att lyfta kuben cirka fem centimeter över inställningsstativet. Håll den i fem till sju sekunder, innan du placerar tillbaka den på inställningsstället.När deltagaren är redo klickar du på Record and Center of Force trajectory, för att övervaka Tryckcentrum i programvaran och ge dem en cue för att starta uppgiften. När uppgiften har slutförts klickar du på Stopp, och sparar de inspelade filmdata. För att bedöma uppgiften prestanda i närvaro av visuella störningar, först låta deltagaren att röra vid sensorerna utan att överskrida 0,5 Newtons av tryck, innan instruera deltagaren att blunda och använda minimal kraft med tummen och pekfingret, för att lyfta järnbiten cirka fem centimeter ovanför inställningen stå.Håll sedan kuben i fem till sju sekunder, innan du placerar tillbaka den på inställningsstället. För att bedöma uppgiftsprestanda i närvaro av kognitiv interferens, instruera deltagaren som en beräkningsuppgift, kontinuerligt subtrahera sju från 100 så exakt som möjligt, samtidigt som man använder minimal kraft med tummen och pekfingret, för att lyfta järnkuben cirka fem centimeter ovanför inställningsstativ, i fem till sju sekunder, innan den placeras tillbaka på inställningsstativ. För att bedöma uppgiftsprestanda i närvaro av kontralateral handrörelsestörning, placera en pegbräda 30 centimeter bort från deltagaren, bredvid järnkuben i mitten av sagittalplanet och placera lämplig storlek och antal pinnar, enligt uppgiftssvåren.Instruera sedan deltagaren att manipulera järnkuben med minimal kraft med hjälp av tummen och pekfingret, och att lyfta och hålla järnkuben cirka fem centimeter över inställningsstativ med ena handen medan, invertera pinnarna med den andra handen. Analysera Grip Force genom att öppna filmfilen för analys i dialogrutan. När kartan över registrerade tryckfördelning visas klickar du på Flera Windows View, för att öppna graffönstret.Leta upp den tidpunkt då lasten börjar appliceras i varje lyft och notera tiden med hänvisning till grafen. Spara Grip Force-data i ASCII-format och öppna filmfilen. Leta reda på det ramnummer vid vilket lasten började tillämpas i varje lyft i kalkylarket och notera ramnumret med hänvisning till den tidpunkt då lasten applicerades.Beräkna sedan den totala Grip Force som används i ett område, vilket är summan av värdena från cellen som tillämpades. Analysera Tryckcentrum genom att öppna filmfilen för analys, för att visa tryckningsbanans centrum, på tryckfördelningskartan. Med den inspelade tryckfördelningskartan aktiv klickar du på Spela framåt, för att spela upp filmen.Klicka på Stanna och avancera bildruta för bildruta, tills den ram där Tryckcentrum börjar visas i varje lyft, på tryckfördelningskartan. Notera bildrutenumret och spara Datan för tryckcentrum i ASCII-format, och se till att Centre of Force och Whole Movie är markerade. Öppna filmfilen och leta reda på det bildrutenummer som Tryckcentrum börjar visas i varje lyft på kalkylarket, med hänvisning till det noterade bildrutenumret.Beräkna sedan Tryckbanans längd i mitten mellan bildrutorna. Här visas Center of Pressure-banor och Grip Force-spår av det dominerande pekfingret, i enkla och dubbla uppgifter för representativa unga och äldre vuxna. I denna representativa analys ökade Grip Force i den kontralaterala handrörelseinterferensen, medan Center of Pressure-banor tenderade att minska.Se till att informera om att deltagarna använder en minimal kraft när de utför uppgifterna. Annars kommer de tenderar att använda en relativt stark Grip Force, för att undvika en rumslig instabilitet.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Mätning av Fronto-limbiska aktivitet Använda en Emotional Oddball uppgift hos barn med Familial hög risk för 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

Mätning av neurofysiologisk signaler att ignorera och Delta Processer i uppmärksamhet 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

Mätning av vibrationsdetektionströskel och taktil Spatial Acuity hos människa

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

Förvärv av en hög precision Skicklig Forelimb Nå uppgift i råttor

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

Med hjälp av elektroencefalografi Mätningar för jämförelse av uppgiftsspecifika neurala Efficiencies: Spatial Intelligence Uppgifter

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 Berg Test: ett kort test för fysisk minne med hög känslighet för diagnos av Pre-demens Alzheimers sjukdom

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

Bedömning av rumsligt nedsatt minne i en musmodell av traumatisk hjärnskada med hjälp av en radial vattendropp 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

(Rumsliga) minne spelet: Testa förhållandet mellan rumsliga språk, objekt kunskap och Spatial 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 beteendevetenskaplig analys för att undersöka rollen av rumsliga minne under instinktiva försvar hos möss

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

Analysera Spatial inlärning och Prosocial beteendet hos möss med Barnes labyrint och dam-i-nöd paradigm

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