מדידת יציבות מרחבית באחיזה מדויקת
Summary
מטרת פרוטוקול זה היא למדוד את מרכז הלחץ (COP) החלפת באמצעות גיליון חיישן ברזולוציה מרחבית גבוהה כדי לשקף את היציבות המרחבית באחיזה מדויקת. השימוש בפרוטוקול זה יכול לתרום להבנה גדולה יותר של הפיזיולוגיה והפתופיזיולוגיה של ההתפיסה.
Abstract
מטרת הפרוטוקול היא להעריך בעקיפין את הכיוון של כוח האצבע במהלך מניפולציה של אובייקט כף יד בהתבסס על מערכות היחסים הביומכניות שבהן כיוון כוח סטה גורם למרכז הלחץ (COP) החלפת. כדי להעריך זאת, נעשה שימוש בגיליון חיישן לחץ ברזולוציה מרחבית דקה, גמישה וגמישה. המערכת מאפשרת מדידה של מסלול COP בנוסף למשרעת הכוח ורגולציה הזמנית שלה. סדרה של ניסויים מצאה כי אורך מסלול מוגבר שיקף גירעון sensorimotor בחולים שבץ מוחי, כי מסלול COP ירד משקף אסטרטגיה מפצה כדי למנוע אובייקט מחליק אחיזת היד בקשישים. יתר על כן, מסלול COP יכול גם להיות מופחת על ידי הפרעה כפולה למשימה. מאמר זה מתאר את ההליך הניסיוני ודן כיצד אצבע COP תורם להבנה של הפיזיולוגיה ופתופיזיולוגיה של אחיזה.
Introduction
שליטה בכוח היא הבסיס הבסיסי של אחיזה מדויקת. בהשוואה לאחיזה בחשמל, אחיזה מדויקת מעריכה את תפוקת הכוח המינימלית המשקפת את היכולת לטפל באובייקט. מערכות חיישנים מרובות תורמות לאחיזה מדויקת. לדוגמה, במהלך משימת אחיזה והרמה, מידע חזותי מאפשר את תפיסת הגודל והצורה של האובייקט. לאחר שקצות האצבעות נוגעות בעצם, אותות מישוש מועברים לקליפת המוח somatosensory כדי להתאים את כוח האחיזה המדויק. כוח אחיזה (GF) נוצר כאשר קצות האצבעות ליצור קשר עם האובייקט, והוא גדל במהלך הרמת שלב1. כאשר אובייקט מתקרב לגובה המטרה באוויר, צעירים בריאים לייצר GF מינימלי כדי לייעל קלט עורי מן העכות אצבע ולחסוך באנרגיה. מצד שני, מבוגרים משתמשים בכוח אחיזה גדול כדי להימנע מלתת לאובייקט לחמוק אחיזתם2. בחולים שבץ, תחילת כוח האחיזה מתעכבת והיכולת להתאים את שולי הבטיחות נפגעת עקב גירעונות חושיים ומוטוריים. כוח אחיזה מוגזם נחשב לתגובה אסטרטגית כדי לפצות על גירעונות חושיים ומוטוריים3.
הפרוטוקול הסטנדרטי כדי למדוד שליטה GF באחיזה מדויקת הוצע על ידי ג’והנסון ו Westling בשנותה-80 4. הם פיתחו מכשיר לניטור כוחות עומס ואחיזה בו זמנית. מאז, משרעת GF ויסות הזמן שלה שימשו פרמטרים קינטיים טיפוסיים במחקרים רבים על אחיזה מדויקת. פרמטר קינטי נוסף הוא כיוון הכוח5. כיוון הכוח נובע משילוב של כוחות אחיזה והרמה. על מנת לשמור על אחיזה מדויקת יציבה, יש ליצור כוחות אחיזה והרמה מכוונים כראוי בין האגודל לאצבע המורה, וכיוון הכוח המוטה עלול לגרום לחוסר יציבות מרחבית. למרות מכשירים שונים מסוג תא כוח משמשים בהתפיסת מחקרים, מכשירים אלה יש מגבלה במונחים של ניטור שליטה בכוח האחיזה במניפולציה אובייקטים בגדלים וצורות שונים המשמשים חיי היומיום. לפיכך, חיישן גמיש וניתן לניתן לתחביב חיוני כדי לחקור את הקשרים בין בקרת כוח אחיזה לפונקציות יומיומיות.
מטרת פרוטוקול זה היא להעריך בעקיפין את כיוון כוח האצבע במהלך מניפולציה של אובייקט בהתבסס על מערכת היחסים הביומכנית שבה כיוון כוח סטה גורם החלפת מרכז הלחץ (COP). COP הוא המרכז של כל הכוחות, ומייצג איך הכוחות מאוזנים על גיליון החיישנים. השימוש ב-COP להערכת שליטה בכוח האחיזה הוצע לראשונה על ידי Augurelle ואח ‘6. הם פיקחו על עקירת COP כדי לחקור את התפקיד של משוב עורך ומצאו כי COP סטה התרחש לאחר הרדמה דיגיטלית. עם זאת, עקירת COP היה במעקב רק אנכית במחקר שלהם; לכן, עקירת COP בחלל תלת מימדי לא הוערכה כראוי. כדי לפתור מגבלה זו, נעשה שימוש בגליון חיישן לחץ ברזולוציה מרחבית דקה, גמישה וגמישה7,8, אך ההתקדמות האחרונה ברזולוציה מרחבית (248 נקודות לס”מ2) מאפשרת מדידהשל מסלול COP כפרמטר לכמת את היציבות המרחבית. מאמר זה מתאר את ההליך הניסיוני ודן כיצד COP אצבע תורמת להבנת הפיזיולוגיה והפתופיזיולוגיה של אחיזה.
Protocol
Representative Results
Discussion
הליך ניסיוני זה מספק ראיות לכך כי גיליון חיישן לחץ גמיש יכול להיות שימושי להערכת יציבות מרחבית במהלך אחיזה מדויקת. כיוון כוח אחיזה שונה מייצג אחיזה בחוסר יציבות מרחבית כגון החלקת אצבע. עם זאת, לכלי כיוון כוח קיימים מסוג תא עומס יש מגבלה במונחים של הבטחת תנועה טבעית של להגיע לאחיזה. כדי לפתו…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים מר T. Nishida (טכנאי, המחלקה למכירות, חטיבה של חומרים ביצועי מכשיר, Nitta ושות’, בע מ, אוסקה, יפן.) על תמיכה טכנית.
Materials
| Alcohol swab | Wipe participant’s finger pulps | ||
| Compressor | Nitta Corporation | Apply pressure to the sensor seats | |
| Computer | |||
| Controller of compressor | Nitta Corporation | Use to manupirate the compressor | |
| Double-sides tapes | Use to attach the sensorseats to the iron cube | ||
| Iron cube | 150-250g, 30×30×30 mm | ||
| Sensor connector | Connect the sensorseats to computer. | ||
| Sensor sheet | Pressure Mapping Sensor 5027, Tekscan, South Boston, MA, 50 USA | ||
| Setting stand | Set the iron cube on it during the measurement | ||
| Software; I-SCAN 5027, Ver. 7.51 | Nitta Corporation | ||
| Table | Use for the measurement |
References
- Johansson, R. S., Flanagan, J. R. Coding and use of tactile signals from the fingertips in object manipulation tasks. Nature Reviews Neuroscience. 10 (5), 345-359 (2009).
- Cole, K. J. Grasp force control in older adults. Journal of Motor Behavior. 23 (4), 251-258 (1991).
- Lang, C. E., Schieber, M. H., Nowak, D. A., Hermsdörfer, J. Stroke. Sensorimotor control of grasping. , 296-310 (2009).
- Johansson, R. S., Westling, G. Roles of glabrous skin receptors and sensorimotor memory in automatic control of precision grip when lifting rougher or more slippery objects. Experimental Brain Research. 56 (3), 550-564 (1984).
- Parikh, P. J., Cole, K. J. Handling objects in old age: forces and moments acting on the object. Journal of Applied Physiology. 112 (7), 1095-1104 (2012).
- Augurelle, A. S., Smith, A. M., Lejeune, T., Thonnard, J. L. Importance of cutaneous feedback in maintaining a secure grip during manipulation of hand-held objects. Journal of Neurophysiology. 89 (2), 665-671 (2003).
- Monzée, J., Lamarre, Y., Smith, A. M. The effects of digital anesthesia on force control using a precision grip. Journal of Neurophysiology. 89 (2), 672-683 (2003).
- Fortier-Poisson, P., Langlais, J. S., Smith, A. M. Correlation of fingertip shear force direction with somatosensory cortical activity in monkey. Journal of Neurophysiology. 115 (1), 100-111 (2016).
- Kurihara, J., Lee, B., Hara, D., Noguchi, N., Yamazaki, T. Increased center of pressure trajectory of the finger during precision grip task in stroke patients. Experimental Brain Research. 237 (2), 327-333 (2018).
- Noguchi, N., et al. Grip force control during object manipulation in cervical myelopathy. Spinal Cord. , (2020).
- Lee, B., Miyanjo, R., Tozato, F., Shiihara, Y. Dual-task interference in a grip and lift task. The Kitakanto Medical Journal. 64 (4), 309-312 (2014).
