ОСОБЕННОСТИ МОТОРНОГО КОНТРОЛЯ ЗДОРОВЫХ ДОБРОВОЛЬЦЕВ В ПАССИВНОМ ЭКЗОСКЕЛЕТЕ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
PDF

Ключевые слова

вертикальная поза
гибридная поза
сенсорное обеспечение позы
стабилометрия
опорные реакции
электромиография
экзоскелет
двигательно-когнитивные задачи
моторные тесты

Как цитировать

Бабанов, Н. Д., Кубряк, О. В., Меркурьев, И. В., & Орлов, И. А. (2021). ОСОБЕННОСТИ МОТОРНОГО КОНТРОЛЯ ЗДОРОВЫХ ДОБРОВОЛЬЦЕВ В ПАССИВНОМ ЭКЗОСКЕЛЕТЕ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 107(9), 1172–1188. https://doi.org/10.31857/S0869813921090089

Аннотация

В наблюдении на 24-ех здоровых молодых мужчинах-добровольцах исследовалось влияние пассивного экзоскелета нижних конечностей на моторный контроль. В экзоскелете изучалась поза, представляющая собой промежуточное состояние между стоянием и сидением – «гибридная поза». Анализировались данные поверхностной электромиографии от Musculus quadriceps femoris и Musculus tibialis anterior обеих ног, данные от силовой платформы и параметры выполнения инструкции в задаче с визуальной обратной связью по опорной реакции при поочередном манипулировании обеими руками. В исследовании показано, что одним из влияющих условий на параметры моторного контроля в «гибридной позе» является преобладающий тип сенсорной организации обычной вертикальной позы. Отличия «гибридной позы» в описанных условиях от простой вертикальной позы более контрастно выявлялись при ритмичном целенаправленном раскачивании добровольцев в сагиттальной и фронтальной плоскостях. Наблюдалось перераспределение активности исследуемых мышц в зависимости от направления движения. Показаны различия в амплитуде раскачиваний тела, выраженные в повышении объёма движений в экзокелете в сагиттальной плоскости и понижении во фронтальной плоскости по сравнению с обычной вертикальной позой. Введено деление на подгруппы с большей ролью зрения в регуляции вертикальной позы («визуалы») и меньшей («проприоцептики»). Показано, что во фронтальной плоскости условная подгруппа «проприоцептики» демонстрировала большую амплитуду раскачивания тела в экзоскелете по сравнению с подгруппой «визуалы». Управление верхними конечностями (обусловленное инструкцией надавливание на неподвижную рукоять) не зависело от особенностей сенсорной организации позы в условиях заданного визуального контроля и отличалось по сложности манипулирования (по показателям стабилометрии) в вариантах вертикальной позы в экзоскелете и без при одинаковой результативности.

https://doi.org/10.31857/S0869813921090089
PDF

Литература

Анохин ПК (1968) Биология и нейрофизиология условного рефлекса. М. Медицина. [Anohin PK (1968) Biology and neurophysiology of the conditioned reflex. M. Medicina. (In Russ)].

Bezodis NE, Willwacher S, Salo AIT (2019) The Biomechanics of the Track and Field Sprint Start: A Narrative Review. Sports Med 49(9):1345-1364. https://doi.org/10.1007/s40279-019-01138-1

Winter DA, Patla AE, Prince F, Ishac M, Gielo-Perczak K (1998) Stiffness control of balance in quiet standing. J Neurophysiol 80(3):1211-1221. https://doi.org/10.1152/jn.1998.80.3.1211

Le Mouel C, Brette R (2019) Anticipatory coadaptation of ankle stiffness and sensorimotor gain for standing balance. PLoS Comput Biol 22;15(11):e1007463. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007463

Кручинин ПА (2019) Анализ результатов стабилометрических тестов со ступенчатым воздействием c точки зрения механики управляемых систем. Биофизика 64(5):1010-1020. [Kruchinin PA (2019) Analysis of the results of stablometric tests with a step effect from the point of view of the mechanics of controlled systems. Biofizika 64(5):1010-1020. (In Russ)].

Кожина ГВ, Левик ЮС, Попов АК, Сметанин БН (2017) Влияние пассивного тактильного контакта руки на поддержание вертикальной позы человека. Физиология человека 43(4):70-77. [Kozhina GV, Levik YuS. Popov AK, Smetanin B N (2017) Influence of passive tactile contact of the hand on maintaining the vertical posture of a person. Human Physiol 43(4):70-77. (In Russ)]. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2020-60-5-318-328

Бабанов НД, Кубряк ОВ (2020) Физиологические методики в изучении «пассивных» промышленных экзоскелетов спины и нижних конечностей. Медицина труда и промышл экология 5:318-328 [Babanov ND, Kubryak OV (2020) Physiological methods in the study of “passive” industrial exoskeletons of the back and lower extremities. Rus J Occupat Health and Industrial Ecology 5:318-328. (In Russ)]. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2020-60-5-318-328

Noguchi M, Glinka M, Mayberry GR, Noguchi K, Callaghan JP (2019) Are hybrid sit-stand postures a good compromise between sitting and standing? Ergonomics 62(6):811-822. https://doi.org/10.1080/00140139.2019.1577496

von Glinski A, Yilmaz E, Mrotzek S, Marek E, Jettkant B, Brinkemper A, Fisahn C, Schildhauer TA, Geßmann J (2019) Effectiveness of an on-body lifting aid (HAL® for care support) to reduce lower back muscle activity during repetitive lifting tasks. J Clin Neurosci 63:249-255. https://doi.org/10.1016/j.jocn.2019.01.038

Письменная ЕВ, Петрушанская КА, Котов СВ, Аведиков ГЕ, Митрофанов ИЕ, Толстов КМ, Ефаров ВА (2019) Клинико-биомеханическое обоснование применения экзоскелета «Экзоатлет» при ходьбе больных с последствиями ишемического инсульта. Рос журн биомех 23(2): 204-230. [Pismennaya EV, Petrushanskaya KA, Kotov SV, Avedikov GE, Mitrofanov IE, Tolstov KM, Efarov VA (2019) Clinical and biomechanical substantiation of the use of the exoskeleton "Exoathlet" when walking in patients with the consequences of ischemic stroke. Rus J Biomech 23(2): 204-230. (In Russ)]. https://doi.org/10.15593/RZhBiomeh/2019.2.04

Джелдубаева ЭР, Бирюкова ЕА, Махин СА, Бабанов НД, Чуян ЕН, Кубряк ОВ (2020) Максимальная амплитуда электромиограмм сгибателей и разгибателей рук в серии сеансов управления силовым джойстиком у здоровых добровольцев. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 106(1):44–54. [Dzheldubaeva ER, Biryukova EA, Makhin SA, Babanov ND, Chuyan EN, Kubryak OV (2020) Electromyogram Maximum Amplitudes in Arm Flexors and Extensors in Healthy Volunteers in a Series of the Power Joystick Control Training Sessions. Neurosci Behav Physiol 106(1):44–54. (In Russ)]. https://doi.org/10.31857/S0869813920010069

Бабанов НД, Бирюкова ЕА, Джелдубаева ЭР, Махин СА, Чуян ЕН, Кубряк ОВ (2020) Динамика параметров малоамплитудных движений рук при повторяющейся двигательно-когнитивной задаче. Рос физиол журн им ИМ Сеченова 106(11):1370–1384. [Babanov ND, Biryukova EA, Dzheldubaeva ER, Mahin SA, Chuyan EN, Kubryak OV (2020) Dynamics of parameters of low-amplitude hand movements in a repetitive motor-cognitive task. 106(11):1370–1384. (In Russ)]. https://doi.org/10.31857/S0869813920110035

Baker DH, Vilidaite G, Lygo FA, Smith AK, Flack TR, Gouws AD, Andrew TG (2020) Power contours: optimising sample size and precision in experimental psychology and human neuroscience. Psychol Methods Jul 16. doi: 10.1037/met0000337

Портнова ГВ, Сысоева ОВ, Иваницкий АМ (2010) Психофизиологическое исследование влияния звуковой ритмической стимуляции на субъективный отсчет времени и скорость выполнения когнитивных заданий. Журн высш нерв деятельн им ИП Павлова 60(4):419-429. [Portnova GV, Sysoeva OV, Ivanickij AM (2010) Psychophysiological study of the effect of sound rhythmic stimulation on the subjective timing and speed of performance of cognitive tasks. J Higher Nerv Activity IP Pavlova. 60(4):419-429. (In Russ)].

Николаев СГ (2015) Атлас по электромиографии. Иваново. ПресСто. [Nikolaev SG Electromyography Atlas. Ivanovo. PresSto. (In Russ)].

Мощенко МГ, Егоров ГП, Бабанов НД, Кубряк ОВ (2019) Пассивный экзоскелет нижних конечностей человека и облегченный протокол оценки физиологической эффективности. Динамика сложных систем-XXI век 13(4):23-28. [Moshchenko MG, Egorov GP, Babanov ND, Kubryak OV (2019) Passive exoskeleton of human lower extremities and a lightweight protocol for assessing physiological effectiveness. Dynamics of complex systems-XXI century 13(4):23-28. (In Russ)].

Grokhovskii SS, Kubryak OV (2018) A method for integral assessment of the effectiveness of posture regulation in humans. Biomedical Engineering (Springer US) (English translation of Meditsinskaya Tekhnika) 52(2):138–141. https://doi.org/10.1007/s10527-018-9799-7

Cavagna GA (1975) Force platforms as ergometers. J Appl Physiol 39(1):174-179.

Бернштейн НА (1947) О построении движений. М. Медицина [Bernshtejn NA (1947) About the construction of movements. M. Medicine. (In Russ)].

Анохин ПК (1975) Очерки по физиологии функциональных систем. М. Медицина. [Anohin PK (1975) Essays on the physiology of functional systems M. Medicina. (In Russ)].

Woollacott MH, Bonnet M, Yabe K (1984) Preparatory process for anticipatory postural adjustments: modulation of leg muscles reflex pathways during preparation for arm movements in standing man. Exp Brain Res 55(2):263-271. https://doi.org/10.1007/BF00237277

Kasai T, Kawai K (1994) Quantitative EMG analysis of anticipatory postural adjustments of voluntary contraction of leg muscles in standing man. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 93(3):184-187. https://doi.org/10.1016/0168-5597(94)90039-6

Левик ЮС (2020) Исследования в космосе и новые концепции в физиологии движений. Авиакосм и эколог мед 54(6):80-91. [Levik YS (2020) Research in space and new concepts in the physiology of movements. Aerospace and Environment Med 54(6):80-91. (In Russ)]. https://doi.org/10.21687/0233-528X-2020-54-6-80-91

Cordo PJ, Nashner LM (1982) Properties of postural adjustments associated with rapid arm movements. J Neurophysiol 47(2):287-302. https://doi.org/10.1152/jn.1982.47.2.287