Medición de la estabilidad espacial en el agarre de precisión
概要
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
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 |
参考文献
- 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).
