Samenvatting motorische
controle
HC1: Introducti e & aanpak
Motorisch gedrag: gedrag waarbij ledematen verplaatst worden om een doel in
de omgeving te bereiken
Verplaatsing van ledematen wordt veroorzaakt door krachten uit spieren die
momenten veroorzaken rondom een gewricht
Motorische controle: systematisch reguleren van de verplaatsing van de
ledematen om zo een doel in de omgeving te bereiken op een flexibele manier
Motorische controle is een combinatie van motor gedrag en neurale
controle. Deze vakgebieden komen voort uit de psychologie en
neurofysiologie
Motorische controle idee in de 19e eeuw
Er is een homunculus. Dit is een soort minimens die alle spieren en gewrichten
individueel aanstuurt. Lichaam en geest zijn hierbij gescheiden. Het wordt gezien
als een soort bibliotheek met boeken waarin alle uitleg over aansturing staat
beschreven en wanneer er een signaal binnenkomt wordt er de juiste aansturing
gezocht en via de motor cortex en het ruggenmerg naar de gewrichten, spieren,
motorunits en alpha-gamma links worden gestuurd.
Vrijheidsgradenprobleem
Vrijheidsgradenprobleem: aantal vrijheidsgraden in lichaam is dusdanig groot,
dat het te ingewikkeld is om alle vrijheidsgraden individueel aan te sturen
Voordeel vrijheidsgraden: groot aanpassingsvermogen, opvangen
verstoringen, veel verschillende bewegingen maken.
Soorten oplossingen vrijheidsgradenprobleem:
Verschillende soorten gedragingen hebben andere taakeisen, andere
betrokkenheid van neurale structuren en dit verandert ook over de evolutie:
Er zijn verschillende soorten gedragingen, zoals bijvoorbeeld rennen of iets kleins
oppakken. Deze verschillende gedragingen hebben andere taakeisen; rennen
vergt balans en snelheid, terwijl iets oppakken precisie en rust eist. Ook hebben
ze andere neurale systemen die aan het werk zijn; bij rennen gebruik je
voornamelijk de benen die worden aangestuurd door met name het ruggenmerg
en bij iets oppakken gebruik je je handen en vingers die door de motorische
cortex worden aangestuurd.
Door evolutie is het neurale systeem flink uitgebreid, met name het cerebellum
en de cortex zijn groter. Verschillende hersendelen interacteren met elkaar wat
betekent dat de rol van de verschillende hersenstructuren verandert en daarmee
ook de rol in de organisatie van vrijheidsgraden.
Gedragingen verschillen erg van elkaar waardoor het oplossen van het
vrijheidsgradenprobleem ook erg verschilt. Op verschillende niveaus, bij
,verschillende taken, zijn verschillende soorten oplossingen voor het
vrijheidsgradenprobleem. Er is hier dus geen algemene theorie voor binnen de
motorische controle. Dus op een bepaald niveau, voor een bepaalde taak worden
de vrijheidsgraden op een bepaalde manier gecontroleerd.
,Week 1: Meetmethoden
Kinematica
Kinematica is het verplaatsen van een ledemaat door de ruimte door middel
van positie, snelheid en versnelling. Hiermee beschrijf je de beweging. Met
kinematica kan de relatie tussen ledematen worden gemeten.
Moderne meettechnieken kinematica
- Camera’s met hoge resolutie en hoge meetfrequentie
- Via pixels in camera wordt de 3D locatie in ruimte vastgesteld
o Meten van een bekend volume in de ruimte
o Gebruik van meerdere camera’s
o Corrigeer voor lensafwijkingen
Camerasystemen
- Passieve systemen:
o Camera’s met reflecterende markers
o Nadeel: markers kunnen uit beeld raken
Oplossing hiervoor is dat er een model wordt gebruikt,
waarbij je kan voorspellen waar de volgende marker zich
bevindt.
- Actieve systemen:
o Camera met markers die licht uitzenden en markers worden om de
beurt aangezet
o Voordeel: systeem ‘weet’ altijd welke marker gemeten wordt
Door met kinematica de positie te meten, kun je deze differentiëren naar de
snelheid, versnelling. De camera neemt van de pixels (kruispunten) het
gemiddelde, maar dit is nooit exact in het midden van de sensor
afwijkingen/ruis in de meetsignalen. In de positie en snelheid zul je de ruis niet
zo snel zien, maar zodra je naar versnelling gaat differentiëren, ontstaat er een
grotere ruis. Kleine meetafwijkingen worden vergroot hoe verder je differentieert.
Om dit tegen te gaan moet data gefiltreerd worden.
De positie camera metingen zijn eigenlijk niet geschikt voor veel/hoge
versnellingen (tremor).
Relatieve fase
Relatieve fase is het faseverschil tussen twee bewegingen. Het is dus de
fase ten opzichte van de positie van de ledematen. Dit wordt bepaald door
constant de verhoudingen tussen de ledematen te meten.
Direct meten van versnelling (versnellingsopnemer)
Piezo-elektrisch materiaal => zet druk om in spanning
- In het apparaat zit een massa die druk geeft. Door beweging wordt massa
op piezo-elektrisch materiaal gedrukt. De kracht hiervan hangt af van de
versnelling.
- Meet maar langs 1 as
De oriëntatie van de versnellingsopnemer (en dus lichaamssegment) is makkelijk
te bepalen:
- Wanneer hij (horizontaal) stilligt => versnelling van 0 m/s 2 gedetecteerd
- Wanneer rechtop (vrije val) => versnelling van 9.81 m/s 2 gedetecteerd
, De gravitatiekracht is altijd aanwezig; de versnellingsopnemer meet altijd een
versnelling van 9.81 m/s2 langs de as waarin deze werkt. De oriëntatie van een
versnellingsopnemer is vrij gemakkelijk te meten als een verandering in de
gemeten versnelling. De oriëntatie van een lichaamssegment kan zo
makkelijk gemeten worden.
IMMS
- Versnellingsopnemers integreren in IMMS (Inertial and Magnetic
Measurement System)
o Magnetisch meetsysteem
- Met IMMS kunnen bewegingen in vrije situaties van een afstand gemeten
worden
- Gebruikt altijd de gravitatieversnelling
Optoelectrisch vs. IMMS
Optoelectrisch IMMS
Hoge nauwkeurigheid Redelijke nauwkeurigheid
Hoge meetfrequentie Acceptabele meetfrequentie
Gebonden aan lab Geschikt voor metingen in vrije
situaties
Meetvolume is beperkt Meetvolume is onbeperkt
Vrij duur Goedkoop
Markers kunnen uit beeld raken Markers kunnen nooit uit beeld raken
Nauwkeurigheid beïnvloed door
omgeving aanwezigheid ijzer
(mindere werking)
Krachtplaat
Bepaalde materialen veranderen van elektrische weerstand als ze vervormen. Als
er een kracht wordt uitgeoefend op een voorwerp, dan vervormt dit voorwerp en
veranderd de elektrische weerstand dus. In de krachtplaat moeten dus bepaalde
materialen verwerkt worden en de plaat moet gekalibreerd worden; wat is de
verandering in de weerstand bij een bepaalde kracht? Er kan zo gemeten worden
welke kracht op de krachtplaat wordt uitgevoerd bij een beweging.
De krachtplaat met de Grond Reactie Kracht (GRF). De GRF
is even groot, maar tegengesteld van richting als de kracht die
het lichaam uitoefent op het ondersteunende oppervlak onder
de voet.
De krachtplaat is nauwkeurig, maar wel duur en vereist
technologische kennis. Een minder nauwkeurige, maar
goedkopere optie is een Wii balansbord. Deze is gemakkelijk te
gebruiken en interpreteren waardoor makkelijker bruikbaar in
de praktijk (revalidatie, sport).
EMG
Een EMG met het Motor Unit Action Potential van een spier.
Dit is de som van elektrische activiteit van alle actieve
motorunits.
EMG hangt af van taak en specifieke spiereigenschappen.
De EMP-amplitude neemt toe als spier sterker contraheert. De
relatie tussen EMG-amplitude en spierkracht is niet lineair
controle
HC1: Introducti e & aanpak
Motorisch gedrag: gedrag waarbij ledematen verplaatst worden om een doel in
de omgeving te bereiken
Verplaatsing van ledematen wordt veroorzaakt door krachten uit spieren die
momenten veroorzaken rondom een gewricht
Motorische controle: systematisch reguleren van de verplaatsing van de
ledematen om zo een doel in de omgeving te bereiken op een flexibele manier
Motorische controle is een combinatie van motor gedrag en neurale
controle. Deze vakgebieden komen voort uit de psychologie en
neurofysiologie
Motorische controle idee in de 19e eeuw
Er is een homunculus. Dit is een soort minimens die alle spieren en gewrichten
individueel aanstuurt. Lichaam en geest zijn hierbij gescheiden. Het wordt gezien
als een soort bibliotheek met boeken waarin alle uitleg over aansturing staat
beschreven en wanneer er een signaal binnenkomt wordt er de juiste aansturing
gezocht en via de motor cortex en het ruggenmerg naar de gewrichten, spieren,
motorunits en alpha-gamma links worden gestuurd.
Vrijheidsgradenprobleem
Vrijheidsgradenprobleem: aantal vrijheidsgraden in lichaam is dusdanig groot,
dat het te ingewikkeld is om alle vrijheidsgraden individueel aan te sturen
Voordeel vrijheidsgraden: groot aanpassingsvermogen, opvangen
verstoringen, veel verschillende bewegingen maken.
Soorten oplossingen vrijheidsgradenprobleem:
Verschillende soorten gedragingen hebben andere taakeisen, andere
betrokkenheid van neurale structuren en dit verandert ook over de evolutie:
Er zijn verschillende soorten gedragingen, zoals bijvoorbeeld rennen of iets kleins
oppakken. Deze verschillende gedragingen hebben andere taakeisen; rennen
vergt balans en snelheid, terwijl iets oppakken precisie en rust eist. Ook hebben
ze andere neurale systemen die aan het werk zijn; bij rennen gebruik je
voornamelijk de benen die worden aangestuurd door met name het ruggenmerg
en bij iets oppakken gebruik je je handen en vingers die door de motorische
cortex worden aangestuurd.
Door evolutie is het neurale systeem flink uitgebreid, met name het cerebellum
en de cortex zijn groter. Verschillende hersendelen interacteren met elkaar wat
betekent dat de rol van de verschillende hersenstructuren verandert en daarmee
ook de rol in de organisatie van vrijheidsgraden.
Gedragingen verschillen erg van elkaar waardoor het oplossen van het
vrijheidsgradenprobleem ook erg verschilt. Op verschillende niveaus, bij
,verschillende taken, zijn verschillende soorten oplossingen voor het
vrijheidsgradenprobleem. Er is hier dus geen algemene theorie voor binnen de
motorische controle. Dus op een bepaald niveau, voor een bepaalde taak worden
de vrijheidsgraden op een bepaalde manier gecontroleerd.
,Week 1: Meetmethoden
Kinematica
Kinematica is het verplaatsen van een ledemaat door de ruimte door middel
van positie, snelheid en versnelling. Hiermee beschrijf je de beweging. Met
kinematica kan de relatie tussen ledematen worden gemeten.
Moderne meettechnieken kinematica
- Camera’s met hoge resolutie en hoge meetfrequentie
- Via pixels in camera wordt de 3D locatie in ruimte vastgesteld
o Meten van een bekend volume in de ruimte
o Gebruik van meerdere camera’s
o Corrigeer voor lensafwijkingen
Camerasystemen
- Passieve systemen:
o Camera’s met reflecterende markers
o Nadeel: markers kunnen uit beeld raken
Oplossing hiervoor is dat er een model wordt gebruikt,
waarbij je kan voorspellen waar de volgende marker zich
bevindt.
- Actieve systemen:
o Camera met markers die licht uitzenden en markers worden om de
beurt aangezet
o Voordeel: systeem ‘weet’ altijd welke marker gemeten wordt
Door met kinematica de positie te meten, kun je deze differentiëren naar de
snelheid, versnelling. De camera neemt van de pixels (kruispunten) het
gemiddelde, maar dit is nooit exact in het midden van de sensor
afwijkingen/ruis in de meetsignalen. In de positie en snelheid zul je de ruis niet
zo snel zien, maar zodra je naar versnelling gaat differentiëren, ontstaat er een
grotere ruis. Kleine meetafwijkingen worden vergroot hoe verder je differentieert.
Om dit tegen te gaan moet data gefiltreerd worden.
De positie camera metingen zijn eigenlijk niet geschikt voor veel/hoge
versnellingen (tremor).
Relatieve fase
Relatieve fase is het faseverschil tussen twee bewegingen. Het is dus de
fase ten opzichte van de positie van de ledematen. Dit wordt bepaald door
constant de verhoudingen tussen de ledematen te meten.
Direct meten van versnelling (versnellingsopnemer)
Piezo-elektrisch materiaal => zet druk om in spanning
- In het apparaat zit een massa die druk geeft. Door beweging wordt massa
op piezo-elektrisch materiaal gedrukt. De kracht hiervan hangt af van de
versnelling.
- Meet maar langs 1 as
De oriëntatie van de versnellingsopnemer (en dus lichaamssegment) is makkelijk
te bepalen:
- Wanneer hij (horizontaal) stilligt => versnelling van 0 m/s 2 gedetecteerd
- Wanneer rechtop (vrije val) => versnelling van 9.81 m/s 2 gedetecteerd
, De gravitatiekracht is altijd aanwezig; de versnellingsopnemer meet altijd een
versnelling van 9.81 m/s2 langs de as waarin deze werkt. De oriëntatie van een
versnellingsopnemer is vrij gemakkelijk te meten als een verandering in de
gemeten versnelling. De oriëntatie van een lichaamssegment kan zo
makkelijk gemeten worden.
IMMS
- Versnellingsopnemers integreren in IMMS (Inertial and Magnetic
Measurement System)
o Magnetisch meetsysteem
- Met IMMS kunnen bewegingen in vrije situaties van een afstand gemeten
worden
- Gebruikt altijd de gravitatieversnelling
Optoelectrisch vs. IMMS
Optoelectrisch IMMS
Hoge nauwkeurigheid Redelijke nauwkeurigheid
Hoge meetfrequentie Acceptabele meetfrequentie
Gebonden aan lab Geschikt voor metingen in vrije
situaties
Meetvolume is beperkt Meetvolume is onbeperkt
Vrij duur Goedkoop
Markers kunnen uit beeld raken Markers kunnen nooit uit beeld raken
Nauwkeurigheid beïnvloed door
omgeving aanwezigheid ijzer
(mindere werking)
Krachtplaat
Bepaalde materialen veranderen van elektrische weerstand als ze vervormen. Als
er een kracht wordt uitgeoefend op een voorwerp, dan vervormt dit voorwerp en
veranderd de elektrische weerstand dus. In de krachtplaat moeten dus bepaalde
materialen verwerkt worden en de plaat moet gekalibreerd worden; wat is de
verandering in de weerstand bij een bepaalde kracht? Er kan zo gemeten worden
welke kracht op de krachtplaat wordt uitgevoerd bij een beweging.
De krachtplaat met de Grond Reactie Kracht (GRF). De GRF
is even groot, maar tegengesteld van richting als de kracht die
het lichaam uitoefent op het ondersteunende oppervlak onder
de voet.
De krachtplaat is nauwkeurig, maar wel duur en vereist
technologische kennis. Een minder nauwkeurige, maar
goedkopere optie is een Wii balansbord. Deze is gemakkelijk te
gebruiken en interpreteren waardoor makkelijker bruikbaar in
de praktijk (revalidatie, sport).
EMG
Een EMG met het Motor Unit Action Potential van een spier.
Dit is de som van elektrische activiteit van alle actieve
motorunits.
EMG hangt af van taak en specifieke spiereigenschappen.
De EMP-amplitude neemt toe als spier sterker contraheert. De
relatie tussen EMG-amplitude en spierkracht is niet lineair
