استخراج سینرژی بین اجزای اندام تحتانی با استفاده از اطلاعات کینماتیک و الکترومایوگرام به منظور استفاده جهت کنترل پروتزهای عصبی

حرکاتی که ما انجام می دهیم نیاز به هماهنگی و کنترل تعدادی از مفصل ها و عضله های بدن دارند. نظریه سینرژی برای توجیه چگونگی انتخاب بهترین ترکیب عضله ها و الگوهای حرکتی برای انجام و کنترل حرکت ها در بدن ارائه شده است. با توجه به اهمیت تمرین رکاب زنی در همه ی افراد از جمله بیماران ضایعه نخاعی ( sci)، شناخت الگوی فعالیت اندام تحتانی حین رکاب زنی در بدن سالم و بررسی رفتار عضله ها به عنوان اجزای قابل دسترس سیستم کنترل بدن انسان در شرایط مکانیکی مختلف و در طول زمان از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف از این پژوهش، استخراج سینرژی کینماتیک و عضلانی بین اجزای اندام تحتانی در حین انجام حرکت رکاب زنی در شرایط مکانیکی مختلف شامل سرعت و گشتاور مقاوم مختلف می باشد. بدین منظور سیگنال الکترومایوگرام سطحی از هشت عضله اندام تحتانی و سیگنال زاویه مفصل های لگن و زانو از هر دو پای 30 نمونه ثبت شد. سپس الگوهای رکاب زنی توسط دو روش تجزیه خطی فاکتورگیری نامنفی ماتریس ( nmf) و تحلیل مولفه های اساسی (pca ) شناسایی شدند. تحلیل مولفه های اساسیِ زاویه های چهار مفصل اندام تحتانی ثبت شده در یک دور رکاب زنی نشان داد که دو مولفه ی اول تقریبا 97 درصد از کل پراکندگی را شامل می شوند. برای انتخاب تعداد بهینه ی سینرژی باید به توازنی میان خطا و حجم محاسبات رسید. با توجه به این شرایط تعداد چهار سینرژی برای توصیف رکاب زنی در همه ی شرایط مکانیکی (با دقت بازسازی 85/99 درصد) در نظر گرفته شد. تا کنون در تحقیقات انجام شده مربوط به رکاب زنی، سینرژی برای یک پا بررسی شده است. با توجه به اینکه عضلات متناظر در دو پا الگوی فعالیت مشابهی دارند اما با بررسی همزمان آن ها می توان اثر پای غالب را در به کارگیری چهار سینرژی مشاهده کرد و با شناسایی ویژگی های الگوی سیگنال فعالیت عضلات در شرایط مختلف و هماهنگی مولفه ها با این الگوها، می توان ادعا کرد مولفه های nmf، دارای پشتوانه فیزیولوژیکی برای توصیف حرکت می باشند. مقایسه آماری با استفاده از این الگوریتم ها نشان داد که الگوهای عضلانی و کینماتیک با تغییر سرعت و گشتاور رکاب زنی تغییر نمی کنند اما تغییراتی در سینرژی های بین عضلات و مفاصل دیده می شود. طبق بررسی انجام شده، کنترل اعضای پایین تنه در حین رکاب زنی می تواند توسط مجموعه کوچکی از سینرژی های کینماتیک و عضلانی توصیف شود. با این تفسیر می توان از آن ها برای درک بهتر از یادگیری، هماهنگی و بازتوانی در سیستم حرکتی استفاده کرد.