23 ноября 2015

Ученые из Университета штата Северная Каролина сделали большой прорыв в понимании того, как происходит   локомоторный процесс в ноге при поднятии ноги вверх.

Существуют простые механические описания того, как люди и животные ходят, бегают, прыгают, и движения целой конечности  схожи по механике с движением  обычной палки.

Но до сих пор, никто не  брался описать всю  сложную физиологию организма, -  так как  в движении включаются   несколько  сухожилий  и связок  мышц ноги,  нескольких суставов (тазобедренные,  коленные и голеностопные),  а также структуры, отвечающие  за вес тела и координацию тела с помощью центральной нервной системы  - и это в корне отличается от простой  механики  движений.

Использование био-роботизированной моторной системы "Аватар", которая интегрировала реальные мышцы и сухожилия с компьютерной системой управления нейростимуляцией «Аватар», действующей в качестве спинного мозга, позволило исследователям из Университета штата Северная Каролина совершить гигантский скачок к лучшему пониманию передвижения ноги. Полученные результаты могут помочь в создании роботизированных устройств, которые  смогут объединить воедино человека и машину  для того ,чтобы помочь человеку двигаться  .

Несмотря на очень  сложную физиологию движения, инженер -  биомедик   Грег Савицкий  и исследователь Бен Робертсон  из Университета Темпла показали, что, если известна  масса, жесткость, рычаги  мышц и сухожилий  лодыжки,  то можно определить   нейронные  стратегии управления, которые позволяют осуществлять подъем ноги.

"Мы пытались построить передвижения снизу-вверх, начиная с одного устройства мышечно – сухожильного комплекса, основного двигательного комплекса необходимого для выполнения   любого движения в конечностях, «сказал Грег Савицкий, доцент   биомедицинской инженерии и соавтор статьи, опубликованной в Трудах Национальной академии наук, который описывает проделанную работу. "Мы  соединили     комплекс мышцы-сухожилия  с двигателем внутри робота с помощью  интерфейса, разработанного для того, чтобы имитировать то, что блок  мышцы-сухожилия " чувствует "внутри ноги, а затем  провели электрическую  стимуляцию мышц, чтобы получить  сокращения мышц  участвующих в движении."

Исследователи показали, что resonance tuning   является вероятным механизмом, стоящим  за пружинистым  поведением стопы  во время передвижения ноги. То есть, электрическая система – в  этом случае нервная система организма - управляет механической системой  мышечно - сухожильных  единиц    - на частоте, которая обеспечивает максимальный двигательный  момент в плане эффективного мощности.

Савицкий сравнил резонансную настройку для взаимодействия с инерционной игрушкой. "Когда вы ее  осциллируете она колеблется  и трудно бывает  переместить руку – и необходимо время которое    требуется для  затухания сил взаимодействия.

"В передвижении конечности  резонанс происходит от настройки взаимодействия между нервной системой и ногой,  и это позволяет им  работать  вместе, « сказал Савицкий. "Получается, что если я знаю массу, рычаги и прочность  мышечно-сухожильных единиц, я могу сказать вам точно, как часто мне необходимо   стимулировать  моторную единицу, чтобы получить резонанс в виде пружины, и  в итоге упругость движения."

Выводы, полученные в результате этого исследования, имеют конструктивные последствия  для возможности   проектирования экзоскелетов  для трудоспособных лиц, а также экзоскелет или  протезные  систем для людей с нарушениями опорно-двигательного аппарата.

"В конце концов, мы обнаружили, что те же самые простые основные принципы, которые управляют резонансом  в простых механических системах, также  играют роль  в  чрезвычайно сложных физиологических системах ", сказал Робертсон соавтор исследования. 

АКЦИИ и СКИДКИ В АПРЕЛЕ

Подробнее

Запись на прием

Записаться на прием в режиме реального времени

Вопрос-ответ

На вопросы отвечают наши ведущие специалисты

Энциклопедия

Вся информация о заболеваниях позвоночника