רזה שונה וטכניקה שחרור להדגיש עיכוב תגובה בחירת פעולה במאזן ראאקטיבי
Summary
כאן אנו מציעים פרוטוקול המאפשר למשתמש לשנות באופן סלקטיבי את הריקודים ו/או האילוצים על התנועות הרלוונטיות לשחזור האיזון לאחר הפרטוראציה.
Abstract
הערכה של המאזן התגובתי מטילה באופן מסורתי סוג כלשהו של התרוממות לעמידה זקופה או הליכה ואחריו מדידה של התנהגות מתקנת כתוצאה. צעדים אלה כוללים תגובות שריר, תנועות הגפיים, כוחות התגובה הקרקעית, ואפילו צעדים עצביים ישירים כגון אלקטרונצלוגרפיה. באמצעות גישה זו, חוקרים ומטפלים יכולים להסיק כמה עקרונות בסיסיים לגבי איך מערכת העצבים שולטת באיזון כדי למנוע נפילה. מגבלה אחת עם האופן שבו הערכות אלה משמשות כיום היא כי הם מדגישים בכבדות פעולות רפלקסיבי ללא צורך לתקן תגובות הפוסט אוטומטי. כזה מיקוד בלעדי על התגובות האלה סטריאוטיפית יהיה להיכשל כראוי כיצד נוכל לשנות את התגובות האלה צריך להיווצר (למשל, הימנעות מכשול עם צעד התאוששות). הדבר נראה כהתעלמות בולט כאשר האדם רואה את המורכבות האדירה של הסביבות שאנו ניצבים בו מדי יום. באופן כללי, הסטטוס קוו בעת הערכת השליטה העצבית באיזון אינו מצליח לחשוף באמת כיצד משאבי המוח הגבוהים יותר תורמים למניעת נפילות בהגדרות מורכבות. הפרוטוקול הנוכחי מציע דרך לדרוש דיכוי של תגובות האיזון האוטומטי, אך הבלתי הולמים, וכפיית בחירה בין בחירות פעולה חלופיות כדי להתאושש בהצלחה את האיזון לאחר התגובה.
Introduction
למרות הקורלציה המזוהה בין נפילות לירידה קוגניטיבית1,2,3, פער מרכזי ממשיך להבין מה המוח באמת עושה כדי לעזור לנו להימנע מנפילה. בתאוריה, הדרישות הקוגניטיביות יהיו מודגשת כאשר המורכבות הסביבתית עולה ובמצבים שבהם אנחנו צריכים לתקן התנהגות אינסטינקטיבית. עם זאת, רוב מבחני היתרה אינם מצליחים לתפקד ביעילות בתפקוד המוח גבוה יותר, במקום להדגיש תגובות הורדה רפלקסיבי. בעוד גורמים כגון מהירות תגובה חיוניים כדי למנוע נפילה, גורמים קוגניטיביים נוספים, כגון שליטה מעכבות ו/או היכולת לבחור פעולה מתאימה המבוססת על הקשר נתון יכול להיות גם חשוב במצבים מסוימים. כתוצאה מכך, אנו עלולים להיכשל להבין את התפקיד של המוח באיזון התגובתי עקב פרוטוקולי מחקר הנמצאים כעת בשימוש. רוג’רס ואח ‘ סיכם לאחרונה את הדרכים השונות שבהן בקרת היתרה הוערך באמצעות הפרטורציה החיצונית4. שיטות אלה כוללות תרגום פלטפורמה, הנוטה ו/או טיפות, כמו גם את השימוש במערכות אוטומטיות לדחוף, למשוך, או להסיר תמיכה בדואר. למרות המגוון הגדול של טכניקות המשמשות לשבש את האיזון הזקוף, התגובות המתקנת שלאחר מכן כמעט תמיד נעשים בסביבה ללא הפרעה, ובכך מזעור אילוצים על התנועה. כאן, אנו מציעים שיטה שבה התהליכים הקוגניטיביים נדרשים לעקוף פעולה מראש ולבחור תגובות מתאימות בין חלופות במשימת איזון תגובתי.
דרך נפוצה לבחון את האיזון הריאקטיבי היא להטיל מרטבאליות קטנים יחסית, שניתן לחבר באמצעות תמיכה קבועה (בדרך כלל כפות רגליים במקום),5,6,7,8,9. מחקרים פחות מעטים התמקדו בתגובות שינוי במאזן התמיכה בתגובה רטבאליות דרך משיכה מותניים, תרגום פלטפורמה, ושחרור מכבל תמיכה כדוגמה, ראה מנספילד et al.10. החשיבות של הקבוצה האחרונה יכול להיות מוערך על ידי הכרה כי כאשר רטבאליות הם גדולים, שינוי תמיכה בתגובות הן האופציה היחידה לשחזר יציבות11. למעשה, גם עבור רטבאליות קטן שיכול להיות מנוהל באמצעות כפות רגליים במקום (כלומר, היפ ו/או קרסול) אסטרטגיות, אנשים לעתים קרובות מעדיפים לדרוך כאשר ניתנה הבחירה11. הערך בלמידה של תגובות שינוי מסוג זה אינו רק בעובדה שניתן לסמוך על בהירות גדולה יותר של הפרטורציה, אלא גם את האתגרים העולים כאשר מיקום הגפיים להקמת בסיס תמיכה חדש. הנוכחות של ריקודים ו/או אילוצים על הפעולה הם חלק קבוע של הגדרות עולם אמיתי רבים. פעולה זו מאלצת תהליך בחירה ליצירת בסיס תמיכה חדש כאשר מתרחשת הפסקת איזון. כדי להתאים את ההתנהגות לסביבות מורכבות, קיימת דרישה מוגברת למשאבי מוח גבוהים יותר. זה נכון במיוחד כאשר הגפיים חייבים לבסס בסיס חדש של תמיכה. כדי להדגיש ולחשוף תפקידים קוגניטיביים באיזון התגובתית הצורך להציג מראש את העומס וכפיית אסטרטגיית שינוי תמיכה עם הגפיים נראה הגיוני.
דרך אחת פשוטה לספק מהפך המושרה באופן חיצוני היא טכניקת שחרור & להישען, שם אדם הוא שוחרר פתאום מתוך להישען קדימה. גישה זו מאפשרת הערכה של תגובות פיצוי כדי למנוע נפילה קדימה בשימוש בהצלחה באוכלוסיות בריאות וקליני12,13,14. למרות שטכניקת ה& הרזה היא בסיסית במקצת, היא מציעה תובנה רבת-ערך בקיבולת היתרה התגובתית (למשל, באיזו מהירות מישהו יכול ליזום צעד שחזור, או כדי לקבוע את מספר הצעדים הנדרשים להשבת היציבות). לצורך הנוכחי, טכניקת השחרור ה& הרזה מספקת דרך פשוטה לחקור תפקידים קוגניטיביים במאזן התגובתית, מכיוון שרבים ממאפייני הפרטורציה מוחזקים בקביעות. פעולה זו מספקת שליטה ניסויית רבה יותר על משתנים הרלוונטיים במיוחד לבחירת פעולה ולעיכוב תגובה. בעוד שמצבים אחרים של הפרטוררות מסתמכים בדרך כלל על חוסר היכולת להיות בלתי צפוי מבחינת כיוון הפרטורציה, משרעת ותזמון, הסביבה המקיפה תמיד קבועה. גם במחקרים שבהם בלוקים הרגל שימשו להדגיש להגיע לתפוס תגובות15 בלוקים הם קבועים במקום עם אין צורך להתאים במהירות התנהגויות צעד מבוסס על נוכחות או העדר של בלוק רגל. עם השיטה המוצעת כעת, אנו יכולים לשנות את הסביבה באופן שדורש עיבוד התנהגותי כדי להימנע מנפילה.
מעבר להגדרות מעבדה שחושפות באופן משמעותי את התפקידים הקוגניטיביים במאזן התגובתית, הסוגיה העיקרית נוספת היא הסתמכות כבדה על אמצעים חיצוניים כגון השריר, כוחות התגובה הקרקעית, ולכידת תנועה וידאו כדי להסיק תהליכים עצביים. בעוד שאמצעים אלה הם בעלי ערך, הסתמכות בלעדית על צעדים כאלה אינה מספקת תובנה ישירה במנגנון העצבי הבסיסי התורמים לאיזון. בעיה זו היא מורכבת כאשר בהתחשב בכך הרבה ממה שהמוח יכול לעשות כדי למנוע נפילה בסביבות מורכבות סביר לקרות לפני הנפילה. תפקידי ניבוי במניעת נפילה נדונו לאחרונה בהרחבה16. הנחיות המחקר כוללות חיזוי אי-יציבות עתידית17, בניית מפות ויזואוטיות כאשר אנו עוברים דרך הסביבה שלנו18, ואולי להרכיב מקרים המבוססים על הסביבה גם ללא ידע מראש של נפילה19. חשיפת הכנה כזו תהיה בלתי נגישה לחלוטין ללא שימוש בבדיקות נוירופיזיולוגיות ישירות.
הגישה שונה & שחרור לשחרר כפי שהוצע כרגע מציע אמצעים כדי להתגבר על חלק מההגבלות הקיימות שהוזכרו. פעולה זו מתבצעת על-ידי שימוש בתרחיש בדיקה שבו הגפיים נדרשות כדי ליצור בסיס חדש של תמיכה בסביבה תובענית בחירה. גישה זו מורחבת על-ידי כלילת אמצעים ישירים של פעילות מוחית (למשל, transcranial מגנטית גירוי, TMS) הן לפני ואחרי הפרטורציה, אשר יכול להשלים את האמצעים החיצוניים של ייצור כוח ולכידת תנועה. שילוב זה של התכונות הנסיוניות מייצג חדשנות חשובה בתחום כדי לחשוף כיצד המוח תורם לאיזון בהגדרות מורכבות שבהן עיכוב תגובה ובחירת פעולות בין אפשרויות נקראות כדי למנוע נפילה. כאן אנו מדגימים שיטה מקורית לבדיקת איזון תגובתית בהגדרה המדגיש את הצורך בתהליכים קוגניטיביים כדי להתאים את ההתנהגות כדי למנוע נפילה. השילוב של מכשולים וריקודים סבירים לכוח הפעולה הצורך בעיכוב תגובה, פעולה ממוקדת ובחירת תגובה בין אפשרויות. כמו-כן, אנו מדגימים שליטה טמפורלית מדויקת על הגישה החזותית, העיתוי של הבדיקות העצביות, שינוי סביבת התגובה והתחלתה של הפרטורציה הפוסט-מינית.
Protocol
Representative Results
Discussion
זה שונה להישען & שחרור מערכת מספק דרך הרומן להעריך תפקידים קוגניטיביים במאזן תגובתי. כמו עם התקן רזה & שחרור הליך, הכיוון ומשרעת של הטיפול הפוסט צפויים צפוי לנושא בזמן העיתוי של שחרור הכבל הוא בלתי צפוי. מה שייחודי בגישה הנוכחית הוא שגישה לראייה נשלטת בדיוק כאשר הנושא נשאר קבוע וסביבת התגובה משתנה סביבם כדי ליצור הזדמנויות פעולה שונות ו/או אילוצים. על-ידי שינוי נוכחותם של מכשולים וריקודים בעלי הסדר שיטה זו מדגישה תהליכים קוגניטיביים כגון קבלת החלטות (קרי, בחירת פעולה) ועיכוב תגובה ביחס להתאוששות מאיזון.
השיטה המוצעת יש פוטנציאל לספק הצצה ייחודית לתוך השליטה העצבית של איזון אך מהווה מגבלות מסוימות. לדוגמה, בעת שימוש בשיטת השחרור ה& הרזה, שחרור הכבל מתחיל מהישען קדימה, אשר מחייבת צעד מובהק של שחזור איזון בהשוואה לשיטות אחרות של מעבר חיצוני10. כמו כן, הכיוון וסדר הגודל של הפרטורציה צפויים, דבר שעלול להוביל להפעלת השרירים שבדרך כלל לא היה מעורב בתרחישי סתיו ריאליסטיים יותר. לבסוף, החזון מחולק באופן זמני לפני שחרור הכבלים, שגם חורג מהחוויה היומית של האדם. תכונות אלה להפוך את הערכת האיזון שלנו מלאכותי מעט ועלול למנוע הכללה על פני מצבים שונים של הפרטורציה. חשוב להכיר כי היכולת הכלל ליפול בעולם האמיתי היא תמיד דאגה כאשר ציור מסקנות על איך האיזון נשלט מכל שיטת הערכה אחת מסוימת. אכן, מבחן מקיף המזוהה בדרך כלל ליכולת איזון אינו קיים כיום4. לצורך הנוכחי, מערכת הנפילה מאפשרת לקבוע מאפיינים והגדרות תגובה מיוחדים, תוך הקפדה על דרישות קוגניטיביות מסוימות, שלעיתים קרובות מוזנחים או לא נגישים בהערכות האיזון המסורתיות. שליטה ניסיונית כזאת היא מועילה, אך יש לקחת בחשבון כאשר התוצאות מפרש.
כמגבלה שניה, הקמת ציוד הבדיקה וכישורי ההנדסה המחויבים עשויים להוות אתגר ליישום שיטה זו. שלושה סטודנטים הנדסת חשמל מאוניברסיטת יוטה המדינה בנה את הפלטפורמה, להגדיר את האלקטרוניקה, ו מיקרובקרים מתוכנתים לכונן סרוו-מנועים לכיסוי ידית הרגל לחסום. עלויות הבנייה היו צנועות (כלומר, < 15000 לא כולל את לוחיות הכוח הטעונות בתוך הפלטפורמה). עם זאת, הדבר עלול להוות אתגר בהתאם למשאבים הזמינים.
תובנות ספציפיות לגבי השליטה העצבית במאזן הושגו באמצעות גישה זו. דוגמאות אלה מצביעות על כך שגירוי מוחי לא פולשני יכול לשמש ללכידת מנוע מבוסס על הצגת חפצים בהקשר פוסט-אוראל ולהציע טכניקה להערכת עיכוב תגובה באמצעות תגובות שריר. בעיקר, שונה להישען & הטכניקה שחרור יכול להיות מותאם בקלות כדי לשלב בדיקה נוירופיסיולוגיים אחרים כגון אלקטרונצלוגרפיה פונקציונלי כמעט אינפרא אדום. גם ללא הכללת האמצעים העצביים הישירים, לימוד עיצובים המתמקדים כולו על כוחות חיצוניים, הפעלת שרירים, ו kinאמאם יכול לספק תובנה חשובה סמנים התנהגותיים של חסרונות קוגניטיביים. לדוגמה, יישום מעניין לשימוש בלוחות כוחות כדי ללכוד שינויי מעבר במהלך משימת העברה תגובתי הפגינו על ידי כהן ואח ‘26. במחקר שלהם, החסרונות בעיכוב תגובה אצל אנשים מבוגרים נחשפו על ידי העברת משקל לא הולמת, אשר בתורו הוביל עיכובים במהלך התגובה במהלך הזמן. גישה כזו יכולה להיות מוחלת על הפרדיגמה הנוכחית כדי לקבל מדדים רגישים של העברת משקולות ושגיאות צעד.
שיטה חדשה זו מתבססת על מבחן מאזן מבוסס המבוסס על איזון תגובתי, כאשר המשתתפים משתחררים מרזה נתמכת, וכיום כולל תרחישים הדורשים גמישות התנהגותית. עיצובים מבחנים המתאימים לחשיפת עיכוב תגובה ובחירת פעולה מאפשרים לנו ליישם מושגים מפסיכולוגיה קוגניטיבית לתחום בקרת האיזון. גישה כזו נחוצה כדי לבנות על ההכרה שירידה קוגניטיבית ושכיחות הנפילה מתואמים, וכיצד להשיג הבנה מכניסטית לגבי האופן שבו משאבים קוגניטיביים מונעים נפילות. ככל הנראה ניתן להשתמש בכיוונון זה לא רק ככלי מחקר, אלא גם כאמצעי להכשרת תפקידים קוגניטיביים בשיווי משקל. מטרה חשובה של עבודה מתמשכת המעבדה שלנו היא להבין כיצד המוח מנצל מידע הקשרי כדי לעדכן איזו תנועה תהיה מתאימה ביותר כדי למנוע נפילה ניתנה הסביבה. רמזים כגון הזמינות של יד יציבה או מחסום צעד פוטנציאלי יכול להנחות איזו תגובה לעשות צריך להיווצר ואולי בחשאי בצורה מוחית ניבוי תהליכים המוח16. בעיקר, היכולת להשתמש במידע זה עלולה להתדרדר עם הגיל אם יש צורך בכישורים נפשיים כגון בקרת התערבות מעכבות או זיכרון חזותי-מרחבי. בהינתן היחסים בין הידרדרות קוגניטיבית נופל1 – 3, יישום עיצובי לימוד הדגשת צורך שילוב של רלוונטיות הקשרית יכול לספק תובנה רבת ערך לתוך מאזן באוכלוסיות פגיעות רבות.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקר שדווח בפרסום זה נתמך על ידי המכון הלאומי על הזדקנות המוסדות הלאומיים לבריאות תחת הפרס מספר R21AG061688. התוכן הינו באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את ההשקפות הרשמיות של המכון הלאומי לבריאות.
Materials
| CED Power1401 | Cambridge Electronic Design | Data acquisition interface | |
| Delsys Bagnoli-4 amplifier | Delsys | EMG equipment | |
| Figure-eight D702 Coil | Magstim Company Ltd | TMS coil | |
| Kistler Force Plates | Kistler Instrument Corp. | Multicomponent Force Plate Type 9260AA | Force plates |
| Magstim 200 stimulator | Magstim Company Ltd | TMS stimulation units | |
| PLATO occlusion spectacles | Translucent Technologies Inc | visual occlusion | |
| Signal software | Cambridge Electronic Design | Version 7 |
References
- Mirelman, A., et al. Executive function and falls in older adults: new findings from a five-year prospective study link fall risk to cognition. PloS one. 7 (6), 40297 (2012).
- Herman, T., Mirelman, A., Giladi, N., Schweiger, A., Hausdorff, J. M. Executive control deficits as a prodrome to falls in healthy older adults: a prospective study linking thinking, walking, and falling. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 65 (10), 1086-1092 (2010).
- Saverino, A., Waller, D., Rantell, K., Parry, R., Moriarty, A., Playford, E. D. The Role of Cognitive Factors in Predicting Balance and Fall Risk in a Neuro-Rehabilitation Setting. PLOS ONE. 11 (4), 0153469 (2016).
- Rogers, M. W., Mille, M. -. L. Chapter 5 – Balance perturbations. Handbook of Clinical Neurology. 159, 85-105 (2018).
- Adkin, A. L., Campbell, A. D., Chua, R., Carpenter, M. G. The influence of postural threat on the cortical response to unpredictable and predictable postural perturbations. Neuroscience Letters. 435 (2), 120-125 (2008).
- Marlin, A., Mochizuki, G., Staines, W. R., McIlroy, W. E. Localizing evoked cortical activity associated with balance reactions: does the anterior cingulate play a role. Journal of Neurophysiology. 111 (12), 2634-2643 (2014).
- Horak, F. B., Nashner, L. M. Central programming of postural movements: adaptation to altered support-surface configurations. Journal of Neurophysiology. 55 (6), 1369-1381 (1986).
- Nashner, L. M. Fixed patterns of rapid postural responses among leg muscles during stance. Experimental Brain Research. 30 (1), 13-24 (1977).
- Varghese, J. P., Marlin, A., Beyer, K. B., Staines, W. R., Mochizuki, G., McIlroy, W. E. Frequency characteristics of cortical activity associated with perturbations to upright stability. Neuroscience Letters. 578, 33-38 (2014).
- Mansfield, A., Maki, B. E. Are age-related impairments in change-in-support balance reactions dependent on the method of balance perturbation. Journal of Biomechanics. 42 (8), 1023-1031 (2009).
- Maki, B. E., McIlroy, W. E. The role of limb movements in maintaining upright stance: the “change-in-support” strategy. Physical Therapy. 77 (5), 488-507 (1997).
- Lakhani, B., Mansfield, A., Inness, E. L., McIlroy, W. E. Characterizing the determinants of limb preference for compensatory stepping in healthy young adults. Gait & Posture. 33 (2), 200-204 (2011).
- Mansfield, A., et al. Training rapid stepping responses in an individual with stroke. Physical Therapy. 91 (6), 958-969 (2011).
- Mansfield, A., Inness, E. L., Lakhani, B., McIlroy, W. E. Determinants of limb preference for initiating compensatory stepping poststroke. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 93 (7), 1179-1184 (2012).
- Cheng, K. C., Pratt, J., Maki, B. E. Effects of spatial-memory decay and dual-task interference on perturbation-evoked reach-to-grasp reactions in the absence of online visual feedback. Human Movement Science. 32 (2), 328-342 (2013).
- Dakin, C. J., Bolton, D. A. E. Forecast or Fall: Prediction’s Importance to Postural Control. Frontiers in Neurology. 9, 924 (2018).
- Slobounov, S., Cao, C., Jaiswal, N., Newell, K. M. Neural basis of postural instability identified by VTC and EEG. Experimental Brain Research. 199 (1), 1-16 (2009).
- Maki, B. E., McIlroy, W. E. Cognitive demands and cortical control of human balance-recovery reactions. Journal of Neural Transmission. 114 (10), 1279-1296 (2007).
- Bolton, D. A. The role of the cerebral cortex in postural responses to externally induced perturbations. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 57, 142-155 (2015).
- Rossi, S., Hallett, M., Rossini, P. M., Pascual-Leone, A. Safety of TMS Consensus Group Safety, ethical considerations, and application guidelines for the use of transcranial magnetic stimulation in clinical practice and research. Clinical Neurophysiology: official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (12), 2008-2039 (2009).
- Bolton, D. A. E., et al. Motor preparation for compensatory reach-to-grasp responses when viewing a wall-mounted safety handle. Cortex. 117, 135-146 (2019).
- Goode, C., Cole, D. M., Bolton, D. A. E. Staying upright by shutting down? Evidence for global suppression of the motor system when recovering balance. Gait & Posture. 70, 260-263 (2019).
- Rydalch, G., Bell, H. B., Ruddy, K. L., Bolton, D. A. E. Stop-signal reaction time correlates with a compensatory balance response. Gait & Posture. 71, 273-278 (2019).
- Gibson, J. J. . The Ecological Approach To Visual Perception. , (1979).
- Majid, D. S. A., Cai, W., George, J. S., Verbruggen, F., Aron, A. R. Transcranial Magnetic Stimulation Reveals Dissociable Mechanisms for Global Versus Selective Corticomotor Suppression Underlying the Stopping of Action. Cerebral Cortex. 22 (2), 363-371 (2012).
- Cohen, R. G., Nutt, J. G., Horak, F. B. Errors in postural preparation lead to increased choice reaction times for step initiation in older adults. The Journals of Gerontology. Series A, Biological Sciences and Medical Sciences. 66 (6), 705-713 (2011).
