Name: experimental methods to study human postural control
Uploaded: 2019-09-11T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods to Study Human Postural Control at JoVE.com

Эта статья стала возможной благодаря гранту NPRP #6-463-2-189 от Катарского национального исследовательского и MOP грант #81280 от Канадских институтов исследований в области здравоохранения.

Все экспериментальные методы были одобрены Советом по этике исследований Университета Макгилла, и перед участием субъекты подписали информированное согласие.
1. Эксперименты
ПРИМЕЧАНИЕ: Каждый эксперимент включает в себя следующие шаги.
<ol><li>Предварите...

Несколько шагов имеют решающее значение для выполнения этих экспериментов для изучения человека постурального контроля. Эти шаги связаны с правильным измерением сигналов и включают в себя: 1) Правильное выравнивание хвостовика лодыжки оси вращения к педалям, для правильного измерени?...

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>5K potentiometer</td>
			<td>Maurey</td>
			<td>112P19502</td>
			<td>Measures actuator shaft angle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8 channel Bagnoli surface EMG amplifiers and electrodes</td>
			<td>Delsys</td>
			<td></td>
			<td>Measures the EMG of ankle muscles</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AlienWare Laptop</td>
			<td>Dell Inc.</td>
			<td>P69F001-Rev. A02</td>
			<td>VR-ready PC laptop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition card</td>
			<td>National instruments</td>
			<td>4472</td>
			<td>Samples the analogue signals from the sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Directional valve</td>
			<td>REXROTH</td>
			<td>4WMR10C3X</td>
			<td>Bypasses the flow if the angle of actuator shaft goes beyond &#177;20&#176;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Full body harness</td>
			<td>Jelco</td>
			<td>740</td>
			<td>Protect the subjects from falling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser range finder</td>
			<td>Micro-epsilon 1302-100</td>
			<td>1507307</td>
			<td>Measures shank linear displacement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser range finder</td>
			<td>Micro-epsilon 1302-200</td>
			<td>1509074</td>
			<td>Measures body linear displacement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Load cell</td>
			<td>Omega</td>
			<td>LC302-100</td>
			<td>Measures vertical reaction forces</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Proportional servo-valve</td>
			<td>MOOG</td>
			<td>D681-4718</td>
			<td>Controls the hydraulic flow to the rotary actuators</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary actuator</td>
			<td>Rotac</td>
			<td>26R21VDEISFTFLGMTG</td>
			<td>Applies mechanical perturbations</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Torque transducer</td>
			<td>Lebow</td>
			<td>2110-5k</td>
			<td>Measures ankle torque</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Virtual Environment Motion Trackers</td>
			<td>HTC inc.</td>
			<td>1551984681</td>
			<td>Tracks the head motion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Virtual Reality Headset</td>
			<td>HTC inc.</td>
			<td>1551984681</td>
			<td>Provides visual perturbations</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental methods to study human postural control

Многие компоненты нервной и опорно-мостовой систем действуют согласованно для достижения стабильной, вертикальной человеческой осанки. Для понимания роли различных подсистем, участвующих в постуральном контроле человека, необходимы контролируемые эксперименты, сопровождаемые соответствующими математическими методами. В этой статье описывается протокол для выполнения возмущенных постоянных экспериментов, получения экспериментальных данных и проведения последующего математического анализа с целью понимания роли опорно-мостовой системы и централизованного контроля в человеке вертикальной осанки. Результаты, полученные этими методами, имеют важное значение, поскольку они дают представление о здоровом контроле баланса, составляют основу для понимания этиологии нарушения баланса у пациентов и пожилых людей, а также помощь в разработке мероприятий по улучшению постуральный контроль и стабильность. Эти методы могут быть использованы для изучения роли соматосенсорной системы, внутренней жесткости голеностопного сустава и зрительной системы в постуральном контроле, а также могут быть расширены для изучения роли вестибулярной системы. Методы должны быть использованы в случае лодыжки стратегии, где тело движется в первую очередь о голеностопного сустава и считается одной ссылки перевернутый маятник.

Псевдо случайные тернары последовательность (PRTS) и Ловушка сигналов
На рисунке 2A показан сигнал PRTS, который генерируется путем интеграции псевдослучайного профиля скорости. Для каждого <img alt="Equation 76" src="/files/ftp_upl...

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods to Study Human Postural Control at JoVE.com

Experimental Methods to Study Human Postural Control

Эта статья представляет собой экспериментальную/аналитическую основу для изучения постурального контроля человека. Протокол обеспечивает пошаговые процедуры для выполнения постоянных экспериментов, измерения кинематических и кинетикальных сигналов тела, а также анализа результатов, чтобы дать представление о механизмах, лежащих в основе человеческого постурального контроля.

Экспериментальные методы изучения постурального контроля человека

Many components of the nervous and musculoskeletal systems act in concert to achieve the stable, upright human posture. Controlled experiments accompanied ...

Эти экспериментальные и аналитические методы обеспечивают руководящие принципы, которые направлены на понимание роли многих компонентов центральной нервной и опорно-двигательной систем в постуральном контроле человека. Модели постурального контроля с значимыми физическими параметрами могут быть использованы для исследования роли и взаимодействия сенсорных систем и их изменений в связи с болезнями и старением. Эти методы могут быть использованы для оценки проблем баланса пациентов, выявить идеологию нарушения, а также для оказания помощи в разработке мероприятий по улучшению постурального контроля.Эти методы также могут быть использованы для изучения взаимодействия между сенсорными патологиями двигателя и контроля баланса. Например, для осенней профилактики у пожилых людей. Этот протокол предоставляет средства для изучения относительного вклада сенсорных модальности, включая проприоцептивные и зрительные системы и их взаимодействия, а также пассивный вклад мышц в постуральный контроль.Для подготовки предмета к измерению электромиографии из голеностопных мышц используйте одиночные дифференциальные электроды с межэлектрическим расстоянием в один сантиметр. Марк медиальной gastrocnemius на самых известных выпуклость мышцы, боковой gastrocnemius на одну треть линии между головой малоберцовой кости и пятки, подошва на две трети линии между медиальной кондилы бедренной кости и медиальной malleolus, и tibialis передней на одну треть линии между кончиком Когда все точки были отмечены, используйте бритву, чтобы побрить каждую область и очистить кожу с алкоголем.Когда кожа высохла, используйте двустороннюю ленту, чтобы прикрепить один электрод к каждой области, заботясь о том, чтобы каждый электрод надежно крепился к коже. Чтобы подготовить предмет к кинематической измерения, сначала используйте ремешок, чтобы прикрепить отражающий маркер как можно выше на хвостовик субъекта и поставить предмет на упряжь тела. Используйте ремешок, чтобы прикрепить маркер отражения к талии субъекта и иметь предмет подняться на стоячий аппарат.Отрегулируйте положение ноги субъекта, чтобы выровнять боковой и медиальный malleoli каждой ноги на педаль оси вращения и использовать маркер, чтобы наметить положение ног. Поручите субъекту держать ноги в тех же местах во время экспериментов и регулировать вертикальное положение лазерных иедеров диапазона, чтобы указать на центр светоотражающих маркеров. Затем отрегулируйте горизонтальное расстояние между лазерным диапазоном и светоотражающими маркерами так, чтобы поиск диапазона работал в их среднем диапазоне и не насыщается во время стоячих экспериментов.Перед началом эксперимента сообщите субъекту, чего ожидать от каждого пробного состояния. Поручить субъекту спокойно стоять с руками на стороне, глядя вперед поддержания их баланса, как они делают это, когда сталкиваются с реальным миром возмущений. Для тихого суда стоя, у субъекта стоять на месте в течение двух минут без возмущений.Для возмущенных экспериментов, если цель состоит в том, чтобы исследовать роль соматосенсории системы или лодыжки жесткость в стоя, применять педали возмущения в течение двух-трех минут при записи данных. Если цель состоит в том, чтобы изучить роль зрения в постуральном контроле, применять визуальные возмущения, вращая поле зрения с помощью гарнитуры виртуальной реальности в течение двух-трех минут при записи данных. Если цель состоит в том, чтобы изучить взаимодействие двух систем в постуральном управлении, применять визуальные и педаль возмущения одновременно.Для немараметрической идентификации динамической связи угла тела с визуальными возмущениями после загрузки визуально возмущенных пробных данных в подходящую программу анализа используйте команды, как указано, чтобы уничтожить необработанный угол тела и сигналы визуального возмущения и удалить средства из уничтоженных сигналов. Определите истребляемую частоту выборки, затем выберите самую низкую частоту интереса, чтобы определить длину окна и выбрать степень перекрытия для оценки спектра мощности. Определите вектор частот, на которых должна быть оценена частотная реакция.Используйте функцию TF Estimate, чтобы найти частотную реакцию системы, как указано, и найти увеличение и фазу расчетной частотной реакции, как это было продемонстрировано. Затем используйте команду, как указано, для расчета функции согласованности и построения усиления, фазы и согласованности в качестве функции частоты. В этом примере типичного постоянного испытания с визуальными возмущениями можно наблюдать трапециевидный сигнал, применяемый гарнитурой виртуальной реальности, когда поле зрения вращается от нуля до плюс-минус 0,087 рад в сагиттаальной плоскости.Лодыжки и тела углы были очень похожи в этом анализе, так как угол ноги равна нулю и хвостовик и верхняя часть тела двигаться вместе. Крутящий момент лодыжки также коррелировал с хвостовиком и углами кузова. Электромиографы из мышц голеностопного сустава показывают, что подошва и боковой гастрокнеймиус постоянно активны, но медиальный гастрокнейм периодически генерирует большие всплески активности с раскачивание тела и что голени передняя молчит.Здесь показана частотная реакция функции передачи, относящаяся к визуальному входу в угол тела для данных постоянного испытания. В этом эксперименте согласованность была высокой на низких частотах до примерно одного герца и значительно снизилась на более высоких частотах, что означает, что частотная реакция имеет смысл до одного герца. Прибыль первоначально увеличилась с 0,1 до 0,2 герц, прежде чем уменьшить до одного герца, демонстрируя ожидаемое низкое поведение прохода из-за высокой инерции организма.Этап также начался с нуля и сократился почти линейно с частотой, указывающей на то, что выход был отложен в отношении ввода. Позаботьтесь, чтобы выровнять лодыжки оси вращения с приводом. Убедитесь, что объект не генерирует дополнительных движений и убедитесь, что соответствующие механические и визуальные возмущения используются.Впервые пользователи могут столкнуться с трудностями в создании последовательной повторяемой экспериментальной парадигмы и в использовании соответствующих методов идентификации, которые учитывают близкий цикл, нелинейные и различные эффекты времени в постуральном контроле. Эти методы используются для исследования здорового постурального контроля и его адаптации, а также для количественной оценки изменений в контроле баланса в различных экспериментальных и клинических условиях.

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Anatomy and Physiology

Bioengineering

Unit 1

Introduction to the Human Body

SCIENTISTS IN ACTION

Methods Development for Blood Borne Macrophage Carriage of Nanoformulated Antiretroviral Drugs

Методы развития, передающихся через кровь Перевозки из макрофагов Nanoformulated Антиретровирусные препараты

Nanoformulated drugs can improve pharmacodynamics and bioavailability while serving also to reduce drug toxicities for antiretroviral (ART) medicines. To ...

The Three-Dimensional Human Skin Reconstruct Model: a Tool to Study Normal  Skin and Melanoma Progression

Трехмерная реконструкция человеческой кожи Модель: инструмент для изучения нормальной кожи и меланомы Прогрессия

Most in vitro studies in experimental skin biology have been done in 2-dimensional (2D) monocultures, while accumulating evidence suggests that cells ...

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

Дизайн Циклические биореактора давление для Ex Vivo Изучение аортального клапанов сердца

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

An Experimental System to Study Mechanotransduction in Fetal Lung Cells

Экспериментальная система по изучению механотрансдукции в эмбриональные клетки легких

Mechanical forces generated in utero by repetitive breathing-like movements and by fluid distension are critical for normal lung development. A key ...

Engineering a Bilayered Hydrogel to Control ASC Differentiation

Инжиниринг двухслойных гидрогель для управления ASC дифференциации

Natural polymers over the years have gained more importance because of their host biocompatibility and ability to interact with cells in vitro and in ...

A Toolkit to Enable Hydrocarbon Conversion in Aqueous Environments

Инструментарий, позволяющий конверсии углеводородов в водной среде

This work puts forward a toolkit that enables the conversion of alkanes by Escherichia coli and presents a proof of principle of its applicability. The ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Человека хрящевой ткани Изготовление с использованием трехмерных струйных технологии печати

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Construction of Defined Human Engineered Cardiac Tissues to Study Mechanisms of Cardiac Cell Therapy

Строительство Defined человека Engineered сердечной ткани для изучения механизмов сердечной терапии клеток

Human cardiac tissue engineering can fundamentally impact therapeutic discovery through the development of new species-specific screening systems that ...

DNA Nanotubes as a Versatile Tool to Study Semiflexible Polymers

Нанотрубках ДНК как универсальный инструмент для изучения полугибких полимеров

Mechanical properties of complex, polymer-based soft matter, such as cells or biopolymer networks, can be understood in neither the classical frame of ...

Dendrimer-based Uneven Nanopatterns to Locally Control Surface Adhesiveness: A Method to Direct Chondrogenic Differentiation

На основе дендример неравномерным Nanopatterns для локально клейкости поверхность управления: метод прямого хондрогенном дифференциация

Cellular adhesion and differentiation is conditioned by the nanoscale disposition of the extracellular matrix (ECM) components, with local concentrations ...