直立伸手任务中运动协同特性的分析

《Journal of Biomechanics》：Characterization of kinematic synergies during upright reaching tasks

　　

伊玛·切里埃洛|伊拉里亚·布法基|里卡多·博尔祖奥拉|安德里亚·马卡拉苏索|瓦伦蒂娜·卡莫米拉

摘要

向不同方向进行直立伸展动作时，会对姿势和协调能力提出不同的要求，因为每个方向都需要对躯干和下肢进行特定的调整，以在伸展过程中保持稳定。这种因方向而异的变化使得这类任务有助于研究全身协调能力是如何适应不同姿势要求的。在此背景下，运动协同性为多关节协调提供了低维度的描述方式。我们通过提取动作背后的运动协同性，并分析其在不同任务中的变化，来研究这些方向依赖性的要求是如何影响全身协调的。健康成年人进行了单侧和双侧向前伸展以及侧向伸展动作，同时记录了他们的全身运动数据。从十二个自由度中选取了关节角度轨迹，并通过主成分分析对其进行分析，以确定主要的协调成分。在所有伸展方向上，都有两种运动协同性能够重构关节角度轨迹。第一种协同性对应上肢的抬升动作，而第二种则反映了躯干、髋关节和踝关节的调整。虽然这种结构在各种任务中都存在，但各协同性的权重会因方向不同而有所变化。尤其是在侧向伸展时，第二种协同性的个体间相似度较低，这表明在维持左右平衡方面具有灵活性。这些研究结果表明，直立伸展依赖于一种简洁且具有适应性的协调结构，该结构将手臂动作与与姿势相关的关节活动相结合。在不同个体中提取出的协同性具有一致性，而侧向伸展时的差异性更大，这体现了全身协调能力的固定特征和灵活性。这些发现为基于协同性的运动组织模型提供了支持，同时也为利用自然协调模式的康复训练和机器人系统开发提供了应用思路。