اندازه گیری و آنارلیس از خزیدن نوزادان انسان برای توانبخشی: یک بررسی روایت

این یک مقاله با دسترسی آزاد است که تحت شرایط مجوز انتساب Creative Commons (CC توسط) توزیع شده است. استفاده ، توزیع یا تولید مثل در سایر انجمن ها مجاز است ، مشروط بر اینکه نویسنده اصلی (ها) و مالک (های) دارای حق چاپ (دارایی) اعتبار داشته باشند و انتشار اصلی در این ژورنال مطابق با عمل دانشگاهی پذیرفته شده استناد می شود. بدون استفاده ، توزیع یا تولید مثل مجاز است که این شرایط را رعایت نمی کند.

خلاصه

هنگامی که کودک علائم اختلالات رشد حرکتی بالقوه را نشان می دهد ، تشخیص زودرس سیستم عصبی مرکزی (CNS) سودمند است. شناخته شده به عنوان اولین تحرک تحت کنترل CNS برای بیشتر نوزادان ، معمولاً در ارزیابی های بالینی برای شناسایی اختلالات رشد حرکتی از تحرک در هنگام خزیدن استفاده می شود. مقیاس بالینی فعلی رشد حرکتی در مرحله خزیدن نسبتاً ذهنی است. اقدامات عینی و کمی از خزیدن نوزادان این امکان را برای شناسایی نوزادانی که ممکن است از مداخله زودهنگام بهره مند شوند ، و همچنین ارزیابی پیشرفت مداخله را شناسایی می کنند. بنابراین ، محققان در حال افزایش اندازه گیری های عینی خزیدن نوزادان در نوزادان معمولی و غیرعادی را مورد بررسی قرار داده اند. با این حال ، فقدان بررسی جامع در مورد اندازه گیری و تجزیه و تحلیل نوزادان به سمت پل زدن شکاف بین تجزیه و تحلیل خزنده تحقیق و کاربردهای بالینی بالقوه وجود دارد. در این بررسی روایت ، ما یک مرور کلی از مناسب ترین اندازه گیری ها در خزیدن نوزادان انسان ، از جمله تکنیک های دستیابی ، روش های پردازش داده ها ، استخراج ویژگی ها و ارزش بالقوه در ارزیابی عینی عملکرد حرکتی در نوزادی را ارائه می دهیم. در همین حال ، امکاناتی برای توسعه آموزش خزنده به عنوان مداخله اولیه برای ترویج عملکرد حرکتی برای نوزادان با تأخیرهای حرکتی نیز مورد بحث قرار گرفته است.

معرفی

خزیدن یک راهپیمایی چهار ضرب و شتم است که به عنوان اولین تحرک بیشتر نوزادان شناخته می شود و روند دستیابی به مهارت خزنده را می توان با اختلالات رشد مانند فلج مغزی (CP) (1) قطع کرد. نوزادان مبتلا به CP معمولاً تاخیر یا حتی عدم مهارت خزنده را تجربه می کنند ، که این امر تا حد زیادی بر پیشرفت مهارت حرکتی تأثیر می گذارد (2). بر اساس آگاهی از تئوری انعطاف پذیری مغز (3) ، با مداخله و آموزش در سنین پایین ، پیش آگهی بهتر عملکرد حرکتی حاصل می شود. تأثیرات مثبت مداخله اولیه بر رشد حرکتی توسط چند مطالعه [بررسی شده توسط هوسرها و هوسرها و هادرز-الگرا (4)] تأیید شده است. به طور خاص ، دستیاران روباتیک که اخیراً توسعه یافته اند ، تأثیر امیدوارکننده ای در ارتقاء خزیدن در نوزادی نشان دادند (5 ، 6). علاوه بر این ، اختلال عملکرد حرکتی نوزادان مبتلا به CP به دلیل آسیب عصبی است و بر توانایی آن در تنظیم سازماندهی فعالیت عضلات تأثیر می گذارد و در نتیجه انقباضات هم افزایی عضلانی و خروجی سینماتیک ایجاد می شود (7 ، 8). بنابراین ، اقدامات عینی و کمی از فعالیت عضلات و عملکرد سینماتیک در هنگام خزیدن ، این امکان را برای شناسایی نوزادانی که ممکن است از مداخله زودرس بهره مند شوند ، و همچنین ارزیابی پیشرفت مداخله (9 ، 10) ، حتی در نوزادانی که هنوز نمی توانند راه بروند ، می دهد.

برای آن دسته از نوزادان بدون توانایی پیاده روی ، ابزارهای ارزیابی سنتی مورد استفاده فیزیوتراپی ، اندازه گیری تأخیر یا ناهنجاری را ارائه می دهند. به عنوان مثال ، میزان تأخیر را می توان با تعداد ماه های دور از زمان عادی دستیابی به نقطه عطف (11) تعیین کرد ، اما مکانیسم های کنترل اساسی این تأخیر همیشه آشکار نیست. در ضمن ، این ارزیابی ها نسبتاً ذهنی و با ویژگی ضعیف هستند (12). بنابراین ، افزایش مطالعات با هدف شناسایی اقدامات عینی و کمکی از حرکات اولیه نوزادان. به عنوان مثال ، تجزیه و تحلیل کمی از هماهنگی بازوی پا در پله نوزادان انجام شده و یک اتصال عصبی بین بازوها و پاها نشان داده است (13). سپس ، حرکات خود به خودی حدود 2 ماه نشان داده شده است که برخی از اشکال ابتدایی رفتار هماهنگ بین بازوها و پاها را نشان می دهد (14). خیلی بعد ، تقریباً در سن 9 ماهگی ، رفتار خزنده نوزادان با تلاش های دست و پا چلفتی برای حرکت به جلو با شکم لمس کردن زمین آغاز می شود. پس از آن ، بازوها شروع به توسعه می کنند تا از قدرت عضلانی کافی برای پشتیبانی از شکم بالای سطح پشتیبانی برخوردار باشند. سپس ، رفتار معمولی دست و زانوها خزنده به تدریج با استفاده از هماهنگی مورب بازوها و پاها ظاهر می شود (15 ، 16). علاوه بر این ، خزیدن نوزادان شامل انواع حالت های خزنده غیرعادی ، مانند خزیدن روی شکم ، خزیدن دست و پا و زانو زدن (17) است ، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است.

نمونه هایی از سبک خزیدن نوزادان.(الف) خزیدن دست و زانو.(ب) خزیدن دست و پا.(ج) مخلوط مرحله خزنده ، با استفاده از زانو پا و راست.(د) خزنده (17).

لازم به ذکر است که خزیدن نوزادان با حرکات نوزادی گزارش شده کاملاً متفاوت است ، که یا از آن استفاده می شوند (به عنوان مثال ، پله) یا غیر ارادی (به عنوان مثال ، حرکات خودجوش). خزیدن یک حرکت ریتمیک خود با انگیزه است که شامل انقباض عضلات کنترل شده توسط سیستم عصبی مرکزی (CNS) است که برای حرکت است. بنابراین ، کمیت انقباض عضلات و سینماتیک در هنگام خزیدن به نظر می رسد بیشتر از استراتژی کنترل غیر طبیعی عضلات که مربوط به تغییرات/اختلالات CNS است ، کشف می کند (18). با پیشرفت سنسورهای پوشیدنی و تکنیک های ضبط حرکت در سالهای اخیر ، افزایش کار تحقیقاتی در مورد اندازه گیری و تجزیه و تحلیل خزیدن نوزادان انجام شده است (19-21). با این حال ، به بهترین دانش نویسندگان ، هنوز کمبود کار بررسی وجود دارد که می تواند مروری بر اندازه گیری و تجزیه و تحلیل خزیدن نوزادان ارائه دهد.

برای پر کردن این شکاف ، این بررسی روایت با هدف ارائه یک مرور عملی از مناسب ترین اندازه گیری ها و تجزیه و تحلیل در خزیدن نوزادان انسان است. در دستیابی به داده های خزیدن نوزادان انسانی ، ما بیشتر تحقیقات مربوط به تکنیک های مورد استفاده برای نظارت بر خزنده را مرور می کنیم. در تشخیص و تقسیم چرخه خزنده ، ما روش پردازش داده ها را که معمولاً برای تجزیه و تحلیل خزیدن استفاده می شود ، بررسی می کنیم. در ویژگی های تجزیه و تحلیل خرد کردن نوزادان ، ما ویژگی ها و شاخص های اصلی تخمین زده شده برای توصیف حرکت خزنده را ارائه می دهیم. در بحث ، مقادیر بالقوه در ارزیابی عینی رشد حرکتی نوزادان و همچنین امکان توسعه آموزش خزنده به عنوان استراتژی مداخله اولیه برای نوزادان با تأخیر در حرکتی بحث شده است. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.

پروتکل تحقیقاتی مختصر که معمولاً در مطالعه اقدامات خزیدن نوزادان استفاده می شود.

کسب اطلاعات از خزیدن نوزادان انسان

مقالات اولیه معمولا بر اساس سوابق فیلم و تکنیک های مشاهده ای برای تجزیه و تحلیل خزیدن نوزاد است. به عنوان مثال، در اوایل سال 1927، دو نوزاد با استفاده از تکنیک های مشاهده ای برای بررسی هماهنگی اندام ها و وضعیت بدن در طول خزیدن مورد مطالعه قرار گرفتند (22). در سال 1967، 12 توالی خزیدن با استفاده از روش های گرافیکی از شش نوزاد مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و تفاوت در مدت زمان ایستادن بین دست ها و زانوها پیدا شد (23). در سال 1994، تکنیک های مشاهده ای و سینماتیک برای ارزیابی تغییرات الگوی اندام ها در طول انتقال نوزاد به خزیدن دست و زانو (شش نوزاد) مورد استفاده قرار گرفت (16). در سال 1998، آدولف و همکاران. خزیدن شکم نوزاد و خزیدن دست و زانو را با تجزیه و تحلیل بصری تصاویر ویدیویی در هر فریم ارزیابی کرد (15). لازم به ذکر است که این مطالعات همیشه از روش های مشاهده بصری استفاده می کردند و اغلب حکایتی هستند که از نظر اندازه گیری عینی خزیدن نوزاد محدود است، بنابراین جدول 1 خلاصه ای از اندازه گیری های عینی اخیر در خزیدن نوزاد از سال 2000 تا 2021 را نشان می دهد.

میز 1

مروری بر تکنیک های اندازه گیری برای نظارت بر خزیدن نوزاد انسان

سنسورهای فشار

یک سنسور فشار معمولاً به عنوان مبدل عمل می کند. این سیگنال را به عنوان تابعی از فشار تحمیل شده تولید می کند. اطلاعات به دست آمده از چنین اقداماتی در تحقیقات راه رفتن و استقرار برای تشخیص اختلالات اندام تحتانی ، طراحی کفش و سایر برنامه ها مهم است (29 ، 30). در مطالعه اندازه گیری خرد نوزادان ، یوزو و همکاران. هشت نوزاد سالم را برای خزیدن مستقیم در صفحه نیرو ، که با چندین سنسور فشار تک نقطه ای تعبیه شده است ، استخدام کردند. سپس نیروی زمین اوج عمودی (VPK) محاسبه شد و تفاوت معنی داری بین بازو و پا در هنگام خزیدن بر روی دست و زانو مشاهده نشد (25). در همین حال ، از داده های فشار ثبت شده از سنسور فشار قرار داده شده بر روی کف دست کودکان نیز به عنوان مرجع برای تشخیص چرخه خزنده استفاده شد (31).

سیستم ضبط حرکت

با توسعه سریع فناوری پردازش تصویر در سالهای اخیر ، فناوری ضبط حرکت به طور گسترده ای در تجزیه و تحلیل حرکت انسان مورد استفاده قرار گرفته است. تئوری اساسی این تکنیک ثبت مسیر نشانگر متصل به افراد با استفاده از دوربین های متعدد است ، به طوری که پارامترهای سینماتیک مانند جابجایی ، سرعت و حتی زاویه مشترک (32) به دست آورید. در مطالعه خزیدن نوزادان ، فریدلند و همکاران. ضبط ویدیو و تکنیک های مشاهده ای برای توصیف ذهنی حرکت هماهنگ بین اندامها (16). علاوه بر این ، پاتریک و همکاران. از یک سیستم ضبط حرکتی برای روشن شدن بیشتر شیوع هماهنگی متضاد اندام در هنگام خزیدن نوزادان (17 ، 24) استفاده کرد ، در حالی که Righetti و همکاران. وجود سایر حالت های هماهنگی اندام را علاوه بر الگوی هماهنگی متضاد در خزیدن نوزادان نشان داد و ثابت کرد که الگوی هماهنگی interlimb در خزیدن انسان با سایر پستانداران چهارگوش سازگار است (26). همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.

(الف) تصویر زاویه های مشترک اندازه گیری شده در هواپیمای ساژیتال. اتصالات شانه ، آرنج ، لگن و زانو اندازه گیری می شود.(ب) عکس فوری از یک نوزاد خزنده به همراه موقعیت نشانگرهایی که برای محاسبه زاویه های مختلف استفاده شده اند (26).

الکترومی نگاری سطح

الکترومیوگرافی سطح (SEMG) یک اندازه گیری غیر تهاجمی است که عمدتاً از الکترودهای متصل به شکم عضله هدف برای جمع آوری سیگنال الکترومیوگرافی (EMG) که به سطح منتقل می شود استفاده می کند (33). بنابراین ، سیگنال SEMG می تواند برای نظارت غیر تهاجمی فعالیت عضلات در هنگام خزیدن نوزادان استفاده شود. علاوه بر این ، SEMG از Triceps Brachii ، Biceps Brachii ، Quadryps و همسترینگ در هنگام خزیدن با موفقیت در نوزادان در حال توسعه معمولی (20) و نوزادان مبتلا به اختلالات رشد جمع آوری شده است (10 ، 21). به طور خاص ، به منظور به دست آوردن اطلاعات فیزیولوژیکی جامع تر در مورد حرکات خرد کردن نوزاد ، اخیراً مطالعات معمولاً تکنیک های فوق الذکر در پروتکل (17) را ترکیب می کند ، به عنوان مثال ، استفاده همزمان از ضبط حرکت و پروتکل دستیابی به SEMG در خزیدن نوزادان (همانطور که در نشان داده شده است. شکل 4).

شماتیک اندازه گیری خزنده بر اساس SEMG و سیستم ضبط حرکت.

به طور خلاصه ، در میان فن آوری های اعمال شده برای اندازه گیری خرد کردن نوزادان ، بسیاری از محققان ضبط حرکات و SEMG را برای به دست آوردن اطلاعات مفاصل و فعالیت عضلات انتخاب کرده اند. به طور خاص ، اندازه گیری فعالیت مشترک با قرار دادن نشانگرهای بازتاب در مفاصل اصلی اندامها مانند شانه ، آرنج ، زانو ، لگن و مچ پا توصیه می شود. در همین حال ، اندازه گیری فعالیت عضلات با قرار دادن الکترودها بر روی سه سر و دوسر اندامهای فوقانی و همچنین چهار سر ران و همسترینگ اندام تحتانی توصیه می شود ، زیرا این عضلات ماهیچه های اصلی انعطاف پذیر از اندام های فوقانی و تحتانی هستند واندازه عضلات به اندازه کافی بزرگ است که در افراد نوزاد اندازه گیری می شود. لازم به ذکر است که در حرکت انسان ، بسیاری از عضلات درگیر هستند و حرکت را پیچیده و یکدست می کنند. بنابراین ، با جذب عضلات اسکلتی بیشتر مانند گلوتئوس ماکسیموس ، پروتکل را می توان بهبود بخشید. از طرف دیگر ، سیستم ضبط حرکت و تکنیک های SEMG برای وصل کردن نشانگرها یا الکترودها به بدن سوژه مورد نیاز است. برای بزرگسالان و کودکان در سن مدرسه ، این روش دستیابی به داده ها ممکن است برای افراد قابل قبول باشد ، اما برای آن دسته از نوزادان مبتلا به اختلال مغز مانند نوزادان CP ، افراد غالباً ناهنجاری های عاطفی یا عدم کنترل داوطلبانه دارند. اتصال سنسورها و نشانگرها ممکن است باعث ناراحتی افراد شود ، که ممکن است باعث کاهش رعایت آنها با روند دستیابی به داده ها شود یا حتی از پوشیدن سنسورها امتناع ورزد. علاوه بر این ، خزیدن نوزادان با سطح بالایی از حرکت طبیعی مشخص می شود ، که کاملاً متفاوت از خزیدن منفعل در بزرگسالان (31 ، 34 ، 35) یا کودکان در سن مدرسه (36 ، 37) است که می توانند به طور مستقل قدم بزنند. دلبستگی سنسورها یا نشانگرها ممکن است مانع "طبیعی ترین" رفتار خزنده در هر دو جنبه "جسمی" و "ذهنی" شود.

فناوری بینایی رایانه در اصل از رایانه ها و دوربین ها به جای چشم انسان برای تشخیص ، ردیابی و اندازه گیری اشیاء هدف و به دست آوردن اطلاعات حرکتی اندام بدون قرار دادن نشانگرها بر روی شی هدف استفاده می کند. این تکنیک به طور گسترده در زمینه تجزیه و تحلیل راه رفتن (38 ، 39) مورد مطالعه قرار گرفته است ، اما کاربرد این فناوری در زمینه خزیدن حرکت حرکت پراکنده است. اخیراً ، کاواشیما و همکاران. احتمال استفاده از فناوری مبتنی بر بینایی رایانه را برای متمایز کردن وضعیت های مختلف خزنده از تصاویر ویدیویی برای اولین بار تأیید کرد (19). ویژگی های خزیدن نوزادان از تصاویر ویدیویی ضبط شده بر اساس پردازش تصویر استخراج شده و سپس شاخص های ارزیابی بر اساس تصاویر ویدیویی برای استخراج و تجزیه و تحلیل ویژگی های حرکت محاسبه می شوند ، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. انتظار می رود کاربرد این تکنیک مشکل تشخیص و تجزیه و تحلیل تحرک خزنده "طبیعی" افراد نوزاد را حل کند.

نمای کلی از سیستم اندازه گیری مبتنی بر کامپیوتر ارائه شده توسط کاواشیما و همکاران.(19).

تشخیص و تقسیم چرخه خزنده

به منظور داشتن داده های قابل مقایسه برای حالت پایدار خزیدن ، فقط توالی های خزنده ای که در آن نوزاد مستقیماً بدون توقف به سمت یک هدف خزیده می شد ، انتخاب شد و فقط توالی کامل چرخه خزیدن برای تجزیه و تحلیل استخراج ویژگی در نظر گرفته شد. یک چرخه خزنده کامل از تماس یک اندام روی زمین به تماس بعدی همان اندام (با شروع نوسان/موضع آغاز می شود و با شروع بعدی نوسان/موضع به پایان می رسد) تشخیص داده شد. همانطور که جابجایی مچ دست در جهت عمودی نشان می دهد که ریتمیک افزایش و سقوط در هنگام خزیدن (همانطور که در شکل 6a نشان داده شده است) ، موضع و نوسان خزیدن معمولاً با محاسبه مشتق زمان مربع موقعیت ها (مربع سرعت) مچ دست تعیین می شود.(26). سپس ، آستانه ای در 0. 5 (M2 / S 2) پیشنهاد شده توسط Righette و همکاران. برای تصمیم گیری در مورد زمان حرکت اندام در ابتدا یا توقف (20) استفاده می شد. در مطالعه ای در مورد اندازه گیری خزنده کودکان در سن مدرسه ، موضع و مرحله نوسان نیز توسط آستانه فشار تعیین شد ، که توسط پایه سیگنال فشار جمع آوری شده از سنسور قرار داده شده روی کف دست مشخص شد ، یعنی بیشتر از فشارآستانه فاز موضع و کمتر از آستانه فشار برای مرحله نوسان ، همانطور که در شکل 6b نشان داده شده است.

(الف) نمونه ای از موضع و نوسانات تعیین شده توسط مسیر مچ دست (نمودار فوقانی ، خط پایین جهت عمودی است ، در حالی که قسمت میانی و بالا به ترتیب جهت های افقی و جانبی است). خطوط متراکم عمودی نوسان جدا شده (خاکستری) و موضع (سفید) (26).(ب) نمونه ای از موضع و نوسان که توسط آستانه فشار تعیین می شود. بیشتر از آستانه فشار برای مرحله موضع و کمتر از آستانه فشار برای مرحله نوسان (37).

ویژگی های تجزیه و تحلیل خرد کردن نوزادان

ویژگی های سینمایی

تجزیه و تحلیل خزیدن نوزادان در قرن گذشته بر عملکرد خزنده سینماتیک متمرکز شده است ، به خصوص تعجب می کند که چگونه اندام ها در هنگام خزیدن با یکدیگر هماهنگ می شوند. برای پرداختن به این مسئله ، Buside (22) اولین کسی بود که گزارش داد که الگوی هماهنگی بین یک راهپیمایی پیاده روی و پیاده روی توالی جانبی در هنگام خزیدن بر روی دست و زانو است. با این حال ، هیچ تعریف روشنی یا اندازه گیری مشخصی از این الگوهای هماهنگی interlimb وجود ندارد. سپس ، هیلدبراند "درصد از طول مرحله پای جلو را به طول مرحله از طرفین پشتی" پیشنهاد داد تا الگوهای هماهنگی interlimb را در حین حرکت چهار گوش تعریف کند (23 ، 40). علاوه بر این ، پاتریک و همکاران. در شرایط مختلف (تردمیل و زمین طبیعی) خزنده نوزاد را مورد مطالعه قرار داد و تاخیر فاز همان طرف (IPL) را برای تعیین کمیت هماهنگی اندامها در هنگام خزیدن پیشنهاد داد (24). یعنی زمان نسبی تماس با اندام فوقانی راست به عنوان درصدی از چرخه خزیدن تعیین شده توسط تماس های متوالی پای راست بیان شده است:

جایی که B فاصله زمانی بین حوادث لمس دست راست و دست راست و مدت زمان چرخه است (شکل 7). این الگوی هماهنگی بین اندامهای فوقانی و تحتانی ممکن است به دلیل اتصالات عصبی پایدار بین ژنراتورهای الگوی گردن رحم و کمر (41 ، 42) باشد. چنین اتصالی بین کنترل کننده های عصبی اندام فوقانی و تحتانی با مطالعه مدولاسیون EMG و فعالیت رفلکس عضلات اندام فوقانی در طول فعالیت ریتمیک اندامهای تحتانی و برعکس (42 ، 43) در حرکت انسان تأیید شده است.

نمودار شماتیک از هماهنگی interlimb در هنگام خزیدن با دوره های موضع (خطوط جامد) و نوسان (فضاها) نشان داده شده است (24).

علاوه بر هماهنگی interlimb در هنگام خزیدن ، سایر خصوصیات سینماتیک و راه رفتن ، مانند سرعت ، مدت زمان و زاویه مشترک در هنگام خزیدن ، نیز مورد توجه هستند. به عنوان مثال ، Righetti و همکاران. هنگامی که نوزادان بر روی دست و زانو می خزیدند ، بین مدت زمان موضع و سرعت خزنده همبستگی شدیدی پیدا کرد (26). Sparrow و همکاران. علاوه بر این پیشنهاد کرد که مدت زمان پشتیبانی یا فاز نوسان را می توان با y = a • x • b اندازه گیری کرد (جایی که a و b ثابت است ، x به ترتیب سرعت خزیدن را نشان می دهد ، و Y به ترتیب مدت زمان پشتیبانی یا نوسان را نشان می دهد.) (44 ، 45). علاوه بر این ، گالاگر و همکاران. دریافت که مدت حرکات کلی اندامهای فوقانی و تحتانی در هنگام خزیدن یکسان است ، در حالی که مدت زمان نوسان اندام فوقانی از اندام تحتانی در هنگام خزیدن کوچکتر بود (46).

ویژگی های SEMG

حرکت خزنده توسط انقباض عضلانی هم افزایی کنترل شده با CNS انجام شده است که برای خم شدن و گسترش اندام ریتم و فعالیت های عضلانی مربوطه در طول خزیدن نوزادان نشان دهنده وضعیت توسعه عملکرد حرکتی است (18). احتمالاً به دلیل دلایل اخلاقی و فنی ، داده های کمی در مورد فعالیت های عضلانی در خزیدن نوزادان انسان محدود است. در بخش بعدی ، چند داده SEMG جمع آوری شده از مطالعات خزنده کودکان و بزرگسالان نیز درج شد.

سطح فعال سازی عضلات

علاقه اولیه به فعالیت عضلات در هنگام خزیدن ، فعال شدن عضلات منفرد است و پارامترهایی مانند قدرت ، میانگین مربع ریشه و میانگین مقدار مطلق سیگنال های SEMG می تواند سطح فعال سازی فعالیت عضلات را به خوبی منعکس کند. در طول خزیدن نوزادان ، فعال شدن عضلات اندام به طور خلاصه توصیف شده است که Triceps Brachii در طول مرحله موضع بازو در حین خزیدن فعال می شود ، در حالی که چهار سر ران فموریس به طور عمده در مرحله نوسان پا فعال می شود (17 ، 20). در مطالعه خزیدن بزرگسالان ، MacLellan و همکاران. سیگنال های SEMG را از 26 عضله یک طرفه اندام فوقانی و تحتانی در طول خزیدن در بزرگسالان جمع آوری کرد و دریافت که سطح فعال سازی عضلات اندام فوقانی به طور قابل توجهی بالاتر از عضلات اندام تحتانی است. در همین حال ، سطح فعال سازی فلکسورهای پلانتار اندام تحتانی در طول خزیدن در مقایسه با پیاده روی به حالت عمودی به طور قابل توجهی پایین تر بود (35). علاوه بر این ، سطح فعال سازی عضلات قدامی پایین و تیبیالیس با سرعت خزنده افزایش می یابد. سطح فعال سازی سه عضله و عضلات دلتوئید خلفی در اندام فوقانی با افزایش زاویه شیب هواپیمای خزنده کاهش می یابد ، در حالی که سطح فعال سازی عضلات گاستروکنمیوس و گله دار در اندام تحتانی به تدریج افزایش یافته است (26). گالاگر و همکاران. در مقایسه با سطح فعال سازی عضلات اندامهای تحتانی که بزرگسالان در یک فضای محدود خزنده و قدم می زدند ، مقایسه کردند و دریافتند که سطح فعال سازی عضلات ران در هنگام خزیدن به طور قابل توجهی بالاتر از پیاده روی قائم است (46). این یافته ها می تواند برای درک روند تکاملی انتقال از چهارشنبه به پیاده روی دوقطبی مفید باشد.

فعال سازی عضلات

به خوبی تثبیت شده است که سطح مناسبی از همبستگی بین عضلات فلکسور و اکستنسور در اطراف مفصل در طی خم شدن مفصل (47) مورد نیاز است. به عنوان مثال ، انقباض و کشش عضلات فعال باعث می شود که مفاصل در یک جهت (به عنوان مثال ، خم شدن) تبدیل شوند ، در حالی که انقباض عضلات آنتاگونیست باعث می شود که مفاصل در جهت مخالف (به عنوان مثال ، پسوند) تبدیل شود. سطح همسایگی عضلات معمولاً توسط SEMG به عنوان مراحل پیش پردازش داده های زیر اندازه گیری می شود: داده های SEMG خام معمولاً فیلتر می شوند ، متلاشی می شوند و اصلاح می شوند و سپس پاکت EMG معمولاً با حرکت به طور متوسط پنجره یا فیلتر کم گذر (20) استخراج می شود. بشرعلاوه بر این ، سطح همکاری بین عضلات متضاد می تواند توسط شاخص Coactivation (CI) اندازه گیری شود ، که معمولاً از ارتباط بین پاکت های SEMG استخراج شده ، مانند (1) منطقه منطقه همپوشانی منحنی های پاکت استفاده می کند (48).(2) مساحت محصول منحنی های پاکت (20) ؛و (3) مقدار متوسط منطقه همپوشانی منحنی های پاکت (49). در مطالعه خزیدن نوزادان ، Xiong و همکاران. داده های SEMG را در 20 نوزاد سالم اندازه گیری کرده و نشان داد که ویژگی های رشد حرکتی در مرحله خرد کردن نوزادان ، به عنوان مثال ، توسعه غیر همزمان اندام و تقویت سریع پا ، می تواند با استفاده از ترکیب عضلات بین فلکسور و اکستانسور اندامها آشکار شود (20)

هم افزایی عضلات

نسل حرکات هماهنگ اندام در حین حرکت انسان نیاز به مشارکت عضلات متعدد دارد و همکاری فوق الذکر عضلات آنتاگونیستی فقط می تواند فعالیت هم افزایی بین دو عضله را توصیف کند. برای تعیین کمیت انقباضات هم افزایی در عضلات متعدد ، تجزیه و تحلیل هم افزایی عضلات بر اساس SEMG ابزاری معتبر برای کشف هماهنگی در چندین عضله در حین حرکت است (50). اعتقاد بر این است که CNS ممکن است دستورات حرکتی را از طریق ترکیبی از مجموعه ای از هم افزایی های عضلانی (51) ایجاد کند ، که بلوک های ساختمانی از فعالیت های عضلانی هم افزایی با هماهنگی CNS برای ساده سازی ساخت رفتارهای حرکتی هستند (52).

به طور خاص ، در تئوری هم افزایی عضلات ، ماتریس داده (M) متشکل از سیگنال های EMG از سطوح عضلانی متعدد اغلب در یک ماتریس ضرایب فعال سازی (C) از CNS و یک ماتریس از ساختارهای هم افزایی عضلات ذاتی (W) موجود در موجودات موجود در آن تجزیه می شود. سطح نخاع (53). چنین تجزیه ماتریس معمولاً توسط الگوریتم تجزیه ماتریس غیر منفی حاصل می شود ، و مهمترین ویژگی این الگوریتم تجزیه این است که می تواند عدم منفی نتیجه تجزیه را تضمین کند ، بنابراین اهمیت فیزیولوژیکی مربوطه را به نتایج تجزیه می کند. کلید الگوریتم تجزیه یک ماتریس غیر منفی M از اندازه دلخواه برای به دست آوردن دو ماتریس غیر منفی W و C با تکرار است ، همانطور که در معادله نشان داده شده است (2).

جایی که ماتریس V ماتریس اصلی را با ردیف های M و ستون های T نشان می دهد ، و W ماتریس هم افزایی به دست آمده تجزیه شده را با ردیف های M و ستون های R نشان می دهد (معمولاً R< m ); each column in this matrix represents a set of linear combinations (corresponding to the weights of m muscles, respectively); c denotes the decomposed coefficient matrix, and each row in this matrix represents the activation coefficients corresponding to the above linear combinations. In the past few years, muscle synergy during hands and knees crawling has been studied in healthy infants, young children, and adults. For example, Chen and her colleagues extracted two alteative intralimb muscle synergies from bilaterally limb-related muscles during adult crawling, with one related to the stance phase and the other related to the swing phase. Meanwhile, the structure of synergy was found to be consistent across various crawling speeds (31, 36). In the study of infant crawling, two alteating interlimb muscle synergy pattes were also extracted from eight muscles (bilateral triceps brachii, biceps brachii, quadriceps femoris, and hamstrings) in healthy infants (10). The above findings of muscle synergies extracted from infant and adult crawlers might be suggested as the evidence that there may be two inherent locomotor patte generators (or neural circuits) that regulate the contractile activity of multiple muscles in infancy locomotor movement from neonates stepping to independent walking (54).

بحث

ماهیت چهار مرحله ای از حرکت دوقطبی انسان

همان اتصال مورب بین اندامهای فوقانی و تحتانی در هنگام خزیدن و پیاده روی چهار ضلعی انسانی به عنوان شواهدی برجسته شده است که نشان می دهد شبکه های عصبی نخاعی عملکردی که در زیر حرکت دوقلو است ، دارای یک سازمان چهار مرحله ای هستند (55 ، 56). علاوه بر این ، پیشنهاد شده است که چنین هماهنگی بازو و پا به دلیل سازماندهی مشابه ژنراتورهای الگوی حرکتی [معمولاً به عنوان ژنراتورهای الگوی مرکزی (CPGs)] [34 ، 57-59) است. چنین شبکه های حرکتی در اوایل توسعه عملیاتی هستند و از نوزادان تا بزرگسالان وجود دارند. به طور خاص ، یک مطالعه خزنده اخیر در مورد نوزادان نشان داد که شبکه Locomotor CPG که در آن حرکات چهار مرحله ای اساسی در طول زندگی جنین ایجاد می شود (28). پاتریک و همکاران. الگوی هماهنگ Interlimb در هنگام خزیدن در بزرگسالان و نوزادان را مورد بررسی قرار داد و وجود شبکه CPG را در CNS انسانی بالغ دست نخورده نشان داد (24). این شواهد فراوان از CPG حرکتی در انسان و ماهیت چهار مرحله ای از تحرک انسانی سؤالی را در توانبخشی بالینی ایجاد می کند: این شبکه های عصبی حرکتی در طول حرکات چهار مرحله ای در دسترس هستند یا پس از آسیب دیدگی CNS در دسترس هستند؟و اگر چنین است ، آیا می توان از آنها برای ترویج پیاده روی دوقطبی برای نوزادان مبتلا به حرکتی تأخیر مانند CP استفاده کرد؟ما به طور خلاصه در مورد موارد زیر بحث می کنیم.

مداخله خزنده برای ترویج عملکرد حرکتی در اوایل نوزادی

اختلال عملکرد حرکتی CP یکی از شایع ترین دلایل ناتوانی در نوزادان است که از این رو آسیب مغز در حال رشد بر شبکه های متعدد CNS از جمله دستگاه قشر مغز (60) و وضعیت فیزیولوژیکی نخاع تأثیر می گذارد (61 ، 62). به طور خاص ، اگر آسیب به شبکه عصبی نخاعی در طول توسعه رخ دهد ، این می تواند منجر به تغییر در کنترل مسیرهای حرکتی نزولی و تغییر بیشتر ساختار مدارهای نخاع شود (63 ، 64). علاوه بر این ، بیشتر سیناپس های نخاع در حالت مهاری (65) قرار دارند و آسیب به مناطقی مانند قشر مغز که به inteeurons نخاعی پروژه می شوند منجر به ظهور عدم تعادل مهاری و مهار کننده در مدار ستون فقرات می شود ، که پیشنهاد شده است. به عنوان یکی از علت اصلی افزایش رفلکس های سگمنتال با تابش غیر طبیعی رفلکس های کشش به سایر عضلات در CP (66 ، 67).

گزارش شده است که دوره بحرانی بلوغ دستگاه قشر مغز قبل از 2 سالگی (68 ، 69) ، فریل و همکاران است. حتی پیشنهاد کرد که مدارهای عصبی ممکن است اولین کسی باشد که در ابتدای نوزادی (3-5 ماهگی) بالغ می شود ، و پس از از دست رفتن این پنجره ، بازیابی کامل عملکرد حرکتی امکان پذیر نیست (62 ، 64). بنابراین ، مداخله اولیه برای کودکان با یا در معرض خطر CP بسیار مهم است. شایان ذکر است که شواهد موجود برای تشخیص دقیق دقیق CP اکنون می تواند قبل از سن تصحیح شده 6 ماه (70) انجام شود. این امیدوار کننده است که قبل از 6 ماه در CP مداخله کنید. با توجه به ملاحظات فوق برای یک سازمان چهار مرحله ای که زیربنای راه رفتن دوقلو و ایده رشد بحرانی است ، استدلال می کنیم که آموزش های چهار مرحله ای/خزیدن اولیه ممکن است مداخلات طراحی شده برای تقویت عملکرد حرکتی را برای نوزادان مبتلا به صدمات عصبی افزایش دهد.

توجیه نظری برای آموزش چهار مرحله ای این است که استفاده از راه رفتن چهار ضرب و شتم (یعنی خزیدن) برای استخراج تمرین پیاده روی برای پیاده روی خاص است و بسیاری از اصول نوروپلاستیک را شامل می شود (71). این اصول به اصول "استفاده از آن یا از دست دادن آن" و "استفاده از آن و بهبود آن" می پردازد ، می تواند با نوزادان prelocomotor اجرا شود و ممکن است بر پیشرفت مهارت فراتر از راه رفتن در اصل انتقال تأثیر بگذارد (72). در حال رشد نوزاد ، خزیدن قسمت های مختلف مغز را از طریق خزیدن ، اتصالات عصبی و مسیرهای ایجاد شده در مغز فعال و ادغام می کند. علاوه بر این ، شواهد مربوط به اتصال مورب در خزیدن نوزادان ، پشتیبانی بیشتری را برای این ایده فراهم می کند که آموزش خزیدن در سنین پایین ممکن است به پیشرفت پیاده روی به صورت قائم کمک کند (28). نکته آخر اینکه ، شایان ذکر است که پیشرفت در راه رفتن لزوماً به معنای بهبود هماهنگی (یا مدار) نیست و مداخلات که باعث افزایش طول یا قدرت عضلات می شود ، می تواند بدون تغییر هماهنگی زیربنایی ، راه رفتن را بهبود بخشد (62). به عنوان مثال ، عدم مقاومت اکستنسور به دلیل سلولهای عضلانی نابالغ به عنوان یکی از مهمترین دلایلی که نوزادان انسانی نمی توانند زودتر راه بروند (62 ، 73) گزارش شده است. یک مزیت مهم از حرکت خزنده ، تقویت عضلات هسته ، قدرت کلی و تعادل در اندام های فوقانی و تحتانی است (74). افزایش مهارت های حرکتی خوب پس از مداخله خزنده در افراد مبتلا به اختلال طیف اوتیسم یافت شده است ، و شرکت کنندگان جوان تر در این مطالعه بیشترین پیشرفت را در مهارت های حرکتی خوب خود نشان دادند (75). به طور کلی ، استفاده از مداخله خزنده به عنوان یک روش توانبخشی زودرس قابل قبول است.

لازم به ذکر است که در اینجا توجه داشته باشید که توسعه این استراتژی جدید توانبخشی هیجان انگیز است. شواهد علمی پشتیبان برای بهبود راه رفتن پس از مداخله خزنده محدود است. با این وجود ، رویکردهای متعددی در حال حاضر برای اجرای آموزش های چهار مرحله ای اولیه برای تسریع در شروع پیاده روی مستقل در کودکان مبتلا به CP گزارش شده است. به عنوان مثال ، نوعی دستگاه آموزشی خزنده برای کمک به کودکان مبتلا به CP برای انجام آموزش خزنده (76) طراحی شده است ، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است. فرم و همکاران. از یک دستگاه اسکیت برای انتخاب رفتار خزنده تازه متولد شده استفاده می کرد (28) ، و آنها ثابت کردند که مدار حرکتی اساسی حرکات چهار مرحله ای در طول زندگی جنین ایجاد می شود ، که پایه ای برای شروع آموزش در خزیدن در اوایل تولد فراهم می کند. گراسل و همکاران. برای تقویت یک اندام فوقانی از نظر عصبی (77) ، یک ارتز نوزاد و نوزاد را گزارش داد (77). کاردناس و همکاران. یک محرک خزنده و راه رفتن را که با نوزادان مبتلا به سندرم داون یا CP مورد آزمایش قرار گرفت ، طراحی کرد و مداخله می تواند به طور قابل توجهی زمان را برای تکمیل دنباله مسیر برای نوزادان مبتلا به اختلالات حرکتی کوتاه کند (78). برخی دیگر از راه حل های کمکی فن آوری اخیر برای اجرای مداخلات خزنده اولیه در کودکان مبتلا به CP توسط کاپلینی و همکاران به خوبی مورد بررسی قرار گرفتند.(62).