系统的设计和可用性研究取向gydF4y2Ba

介绍gydF4y2Ba

瀑布因姿势不稳定是一个主要的健康问题。据疾病控制和预防中心,瀑布伤害有关的死亡的一个主要原因,超过三分之一的年龄在65岁及以上的成年人每年下降在美国。治疗与跌倒有关的伤害是非常昂贵的,因为它通常包括住院和长期护理出院后(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。在2015年,所有伤害下降的直接总成本为65岁及以上人口超过500亿美元(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。下降也会影响年轻的人口,大约8000名儿童每天在我们急诊治疗与跌倒有关的伤害(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

姿势不稳定导致老年人的下降(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)。姿势稳定会受到空间定位的影响(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)。相当大的注意力被指向了解我们的视觉,前庭神经和躯体感觉系统是用于空间定位。许多因素导致的过程稳定性和定位,包括视觉环境的作用,动态或静态的主题,主题的姿势状态(坐或站),被动的效果与自发的运动,和旋转与平移运动,已确定(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

头部和颈部感觉运动系统是一个很好的研究全身姿势控制的原型。所有三个感官系统集成到中枢神经系统。此外,头部的过程稳定head-in-space是维护一个平衡位置,并通过头部和躯干的协调运动(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。识别成功的头部稳定策略是第一步在发展中适应秋天预防策略,运动康复,颈椎过度屈伸损伤(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

研究负责人稳定的一个方法是分析头部和躯干在sled-based运动加速度。参与者坐在雪橇的编程提供位置坡道刺激(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)或混蛋扰动(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba在前部和后部的方向。运动学数据是通过使用等高端传感器收集的三维运动分析系统和线性加速度计。然而,位置坡道刺激只允许最多10厘米线性转换(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)。此外,混蛋创世纪的微扰作用很少或没有脑震荡在低速车辆事故(gydF4y2Ba13gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

不同于基于短雪橇系统位置坡道刺激或混蛋扰动,我们开发了一个雪橇系统可以提供3-mlinear和振荡扰动。我们收集的数据只有一个高速摄影机(2100帧每秒的全分辨率为512×512像素)和轻量级的加速器。此外,视觉输入操作通过使用一个头山显示。我们的系统将提供类似的研究平台,研究目的的运动响应头motion-dependent刺激。雪橇系统产生被动运动可以有效地帮助检查两种治疗方法的联合效应(运动和视觉刺激)的俯仰加速度(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)。我们的系统已经用于初步研究调查如何影响头部稳定时空属性结合被动运动时的动态视觉输入(gydF4y2Ba17gydF4y2Ba)。本文描述了系统的主要单位和验证研究调查是否年轻健康的参与者显示不同的头部稳定策略在一个坐着的位置在被动运动。gydF4y2Ba

材料和方法gydF4y2Ba

系统可以分为四个单元:座位单元,外部运动刺激,视觉刺激,数据收集和处理。座位单元允许对象坐在树干固定和自由移动。通过五点利用树干固定,允许我们减少躯干运动和学习头部稳定策略直接用于与刺激。发现的线性运动头模仿的线性运动雪橇主干固定时,和一个固定的树干也感应头的角加速度高于主干自由移动时(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba),它允许测量加速度有更高的信噪比。gydF4y2Ba

外部运动和视觉刺激产生惯性的感官系统输入和motion-dependent视觉输入科目。通过调整运动视觉输入想法一致或不一致地,可以创建匹配或不匹配的感觉反馈。头部的加速度,树干,雪橇和位移时头部和雪橇收集受试者暴露于外部运动和视觉刺激。gydF4y2Ba

座椅系统gydF4y2Ba

座椅系统提供了一个地方的房子主体(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)。我们选择CORBEAU固定后座。它支持。它利用槽五点驾驭能力。之间的聚合物泡沫被几个座位,头部和颈部的主题创建空间移动。五点利用螺栓特性。的肩带配有一个螺栓,我们可以将它们连接到线性跟踪。全方位的选择让我们包装利用周围的两个后肩带酒吧。我们也使用一个额外的可插入带约束测试期间的脚。一立方框架(14.25“×13.5“×12”)和一个铝板(36“×24”)提供座位之间的联系和线性跟踪。gydF4y2Ba

运动刺激gydF4y2Ba

运动系统创建线性翻译,被确认为一个可调的正弦运动位移和频率。运动控制的运行周期。正弦运动允许时空动力学之间的速敏视觉探测器和加速度敏感惯性探测器,从而可以提供洞察视觉和前庭/本体感觉系统是如何集成到一个虚拟环境(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

正弦形状函数首次实现了数据采集卡(TX NI-PCI 6281,国家仪器,奥斯汀,美国)产生正弦信号和控制其参数如频率、幅值、时间长度,对同步触发。当时的单端输出电压和输出过滤倪信号调节系统(sc - 2311,国家仪器、奥斯汀、TX,美国)。SC2311打破委员会提供了两个模拟输出通道,DAC0 DAC1。Five-volt直流车载电压供应和触发通道(如PFI0 PFI1和PFI2)创建接口同步电压输出的数据采集系统和高速摄像机。5 b模拟模块提供数据采集的信号调节方案。gydF4y2Ba

正弦信号被送到了模块化驱动系统(MDS) (Nidec汽车公司,伊甸草原、锰、美国)的安全按钮。一个rs - 232串行连接器提供I / O MDS和PowerTools软件之间的通信接口(Nidec汽车公司,伊甸草原、锰、美国)。PowerTools被用来调整电动机参数的线性栏杆系统WH120(威塞尔SPEEDLine,汤姆森,雷德福,弗吉尼亚州,美国)。的电机齿轮轨道的WH120车厢执行线性转换(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)。栏杆系统包含两个6米平行轨道,一个是积极和转移的旋转电机的线性运动橡皮筋,与自由滑动,另一个是被动的,马车可以移动的主动运输通过螺栓连接在一起(gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

MDS的命令连接器(J5)是用于I / O接口接收外部模拟信号。针14和15 J5连接器的身体通过电缆连接与44-pin D-subconnector正弦信号。这两个别针的单端正弦信号被MDS驱动伺服电机转换。线性描述的翻译是生成的过程gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba

电动机的位置对应的电压输入;翻译的最大电压代表最大位置。从最大电压开始,从两端开始运动的轨道。90°相移函数添加到虚拟仪器的正弦波形发生器VI程序允许运动雪橇开始结束时跟踪。额面板的虚拟仪器程序gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba显示了正弦信号生成和控制参数。模拟输入的波形和频率控制运动的马车通过模拟PowerTools位置模式。运动的振幅控制信号的幅值及其对应的革命PowerTools的电动机。它也发现运动的振幅几乎线性关系与正弦信号的振幅和革命的数量。由于有限的长度跟踪、运动的振幅对信号的振幅的解析推导了7。gydF4y2Ba

视觉刺激gydF4y2Ba

生成一个三维视野在实验中描述了一个可识别的视觉场景。虚拟现实(VR)头盔显示器(HMD)被设计用来显示当前的视觉场景同时测试环境。头盔显示器由一个轻量级的头盔,万向mini-camera,一双视觉护目镜(gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba)。相机(203 ca-1松电脑,CA,美国)是安装在头盔的顶部通过持有人与多个自由度。结果,相机能够提供不同方向的实时订阅源的输入虚拟护目镜。头盔也担任基地将加速度计和照片的目标。虚拟现实眼镜(I-glasses HR920-3D, 920000像素/ LCD,投入显示系统,萨克拉门托,CA,美国)为受试者提供了所需的虚拟输入取自mini-camera。HMD单位(包括虚拟现实眼镜)体重低于400克。HMD了光比的质量负责人(约5公斤)。gydF4y2Ba

加速度gydF4y2Ba

头、躯干、基础加速度将低,头部和卡车可能平移和旋转的加速度。小型三轴加速计从模拟设备(EVAL-ADXL335)是用于加速一系列±3 g和3毫克决议在50 Hz的运动应用到测试对象处于非常低的频率水平(小于2赫兹)。EVAL-ADXL335是一个小,薄,低成本评估平台住房低功耗和完整的三轴加速度计ADXL335措施全面范围的±3 g加速度。EVAL-ADXL335Z重4 g和成本41美元。我们校准加速度计使用行业标准翻滚测试从ieee - std - 1293 - 1998。翻滚测试以重力为一个可靠的刺激来源校准加速度计与全面范围小于20 g基于需要校准刺激等于5%或更多的全面的范围(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

原始的加速度计的输出电压信号。校准的目的是获得一个线性电压和加速度之间的关系,如图所示gydF4y2Ba方程(1)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba${\mathrm{一个gydF4y2Ba}}_{\mathrm{ggydF4y2Ba}}$加速度的单位吗gydF4y2BaggydF4y2Ba,gydF4y2Ba${\mathrm{一个gydF4y2Ba}}_{\mathrm{vgydF4y2Ba}}$加速度的单位吗gydF4y2BaV,米gydF4y2Ba是线性,gydF4y2BabgydF4y2Ba是抵消。gydF4y2Ba

记录测量的轴加速度在四个位置相对于重力方向在垂直平面上形成的轴和重力轴(即x轴是0°、90°、180°和270°关于重力轴),我们可以发现gydF4y2Ba米gydF4y2Ba和gydF4y2BabgydF4y2Ba通过gydF4y2Ba方程(2)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba(3)gydF4y2Ba,gydF4y2Ba

的值gydF4y2Ba米gydF4y2Ba和gydF4y2BabgydF4y2Ba将作为转换为数据采集系统因素。因此,加速度值直接收集到的单位gydF4y2BaggydF4y2Ba。最后,我们验证了测量校准加速度计的想法,加速度计的方向翻转180°(与重力方向一致)将导致一个2gydF4y2BaggydF4y2Ba的区别。gydF4y2Ba

运动跟踪系统gydF4y2Ba

运动跟踪系统包括高速幻影摄像头(2100帧每秒的全分辨率512×512像素)(视觉研究,韦恩,新泽西,美国)和软件。幽灵的相机被横向记录主题的纵轴的位移。确定透镜焦距(FL),一个公式应用于计算FL,gydF4y2Ba

焦距(FL)相机之间的距离传感器和镜头的中心。焦距越大,越大的形象就会出现。的视野(FOV)成像区域的大小。在我们的实验中,至少3 m的视野需要覆盖整个正弦运动记录为0.1赫兹。工作距离(WD)的距离镜头下的面积监测。CMOS相机的大小的图像传感器设备。gydF4y2Ba

我们有1“C-mount CMOS相机。的有限的空间实验环境不允许我们改变WD大规模。WD和FL必须进行调整,以达到3 m明确报道。主体的位移在每个测试记录和被幽灵软件。gydF4y2Ba

数据收集和处理gydF4y2Ba

我们感兴趣的振幅、相位和抵消的加速度的头,躯干,座位,以及位移的头和座位。删除从发动机和环境噪声耦合到加速度测量,考虑到头颈直径系统可以被视为一个二阶常系数线性系统,线性回归模型被用来平滑加速度和估计参数如振幅、加速度的阶段,和偏移量。调查它的频率成分,快速傅里叶变换的加速度进行了预测。gydF4y2Ba

数据处理也实现了帧转换。雪橇的加速度测量在世界坐标系。头测量加速度的地方。有一个最初的世界坐标系和地方坐标系之间的旋转角度。变换矩阵被用来转换头的加速度从当前坐标系向世界坐标系。头的加速度是一个向量空间。笛卡尔组件的转换法向量的向量转化世界框架(见gydF4y2Ba方程。(5)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba(7)gydF4y2Ba)(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba):gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba$(gydF4y2Ba\mathrm{一个gydF4y2Ba}{]gydF4y2Ba}^{\mathrm{\prime gydF4y2Ba}}$是头的加速度在当地坐标系下,gydF4y2Ba$(gydF4y2Ba\mathrm{一个gydF4y2Ba}]gydF4y2Ba$头下的加速度是世界坐标系,然后呢gydF4y2Ba$(gydF4y2Ba\mathrm{问gydF4y2Ba}]gydF4y2Ba$变换矩阵。gydF4y2Ba

找到gydF4y2Ba$(gydF4y2Ba\mathrm{问gydF4y2Ba}]gydF4y2Ba$,我们有gydF4y2Ba

然后,我们得到gydF4y2Ba

运动的位移是通过使用一个图像处理技术。头部的运动和阀座被幽灵的相机记录为电影短片。高分辨率的电影被幽灵软件转换为图像。视觉援助软件用于计算位移的标记放置在头部和尖的座位。批处理的特点在视觉援助帮助获得位移在很短的时间内从成千上万的图像。然而,由于有限的视野的空间和大小造成的镜头,镜头只在某些频率捕获的运动的一部分。所有的数据,如加速度和位移的振幅和相位,终于投入EXCEL表进行进一步的调查。gydF4y2Ba

系统验证gydF4y2Ba

头颈复杂的运动主要发生在矢平面时,整个身体在坐的姿势暴露anterioposterior (p)翻译(gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba)。验证研究的重点是检查系统的可靠性,旨在调查p翻译和视觉的综合效应扰动在头部运动。四个男性,年轻,健康受试者(22日至26日岁)被招募到验证研究和给我们经批准的IRB签署同意。加速度计1号和4号附加到头盔显示器(1号额网站,4号的时间网站)当地头部加速度测量。加速度计2号在胸部测量躯干加速度。加速度计3号在立方框架来测量加速度的雪橇。照片标记被记录头和阀座的位移,如图所示gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba。遵守的解剖描述方向,p方向代表了X方向,这中间外侧的方向是Y方向(马丁),和上下(U-D) Z方向。头颈系统的角加速度来源于线性加速度相关的方向。gydF4y2Ba

运动刺激研究中都配置了以下四个正弦频率(0.1,0.2,0.5,和1.1 Hz)。系统的可重复性测试,以确保编程雪橇运动是在指定的频率和振幅(如所示gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。加速度的大小在每个频率不仅容忍的科目也足以激活前庭的敏感性/本体感受的受体(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

由于有限长度的雪橇和安全隐患,峰值加速度之间平衡的0.2,0.5,和1.1赫兹,以及平衡的峰值速度0.1和0.2赫兹。通过控制输入的加速度参数,我们一直前庭/本体感受器的敏感性相同,这样视觉感受器头运动的影响可以研究。gydF4y2Ba

被动运动的频率配置的截止频率附近的视觉,前庭神经和躯体感觉系统测试感觉优势与姿势不稳定有关。发现压力信号的中心是杰出的视觉(< 0.1赫兹),前庭(0.1 -0.5赫兹),和躯体感觉(0.5 -1.0赫兹)系统根据频率(gydF4y2Ba24gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

有两个独立变量的研究中,正弦波的频率和方向的视觉输入,和一个因变量,俯仰加速度。运动刺激可以配置分为四组:(1)EO-eyes是开放和VR在阶段p翻译;(2)SW-VR与马丁方向一致;(3)BW-VR 180°阶段p翻译;(4)EC-eyes被关闭和虚拟现实。gydF4y2Ba

每个级别从两个治疗相结合,和16个实验条件。每个条件重复了两次验证测量。共有48进行运行。每次试验前测量头的方向,确保头仍在其初始取向。角度在±5%的方差符合条件的初始取向并没有改变。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

处理原始加速度由线性回归模型参数的预测。的gydF4y2BargydF4y2Ba^2gydF4y2Ba系数的线性回归模型被用来决定如何加速模式符合正弦曲线。fitted-sine曲线表示加速度模式如果被认为是gydF4y2BargydF4y2Ba^2gydF4y2Ba大于0.5。与原始加速度数据相比,这些正弦曲线代表真正的加速度(gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba)。然后,基于预测的加速度,我们发现振幅和相位的线性峰值加速度测量的方向。频率分析(gydF4y2Ba图8gydF4y2Ba)显示,不会有谐波动态响应的主要和次要的方向,一起运动的概要文件和视觉条件。相比主要X (p)方向的加速度,加速度在二级Y(马丁)和Z (U-D)方向是非常小的。gydF4y2Ba

树干加速度有一个相似的大小和与雪橇加速阶段。关于雪橇加速度,树干加速度的增益和相移计算为1.14±0.06°,−0.82±1.57°,分别。gydF4y2Ba

头部的俯仰加速度也计算(gydF4y2Ba方程8gydF4y2Ba)。头俯仰加速度的频率响应进行了研究和绘制加速度的雪橇。头部加速度相关的收益和阶段雪橇了次要利益,gydF4y2Ba

注意:一个向量的方向gydF4y2Ba${\mathrm{一个gydF4y2Ba}}_{\mathrm{球场gydF4y2Ba}}$取决于的方向gydF4y2Ba${\mathrm{一个gydF4y2Ba}}_{\mathrm{一个gydF4y2Ba}\text{- - - - - -gydF4y2Ba}\mathrm{PgydF4y2Ba}}$决定的gydF4y2Ba$\mathrm{标志gydF4y2Ba}(gydF4y2Ba{\mathrm{一个gydF4y2Ba}}_{\mathrm{一个gydF4y2Ba}\text{- - - - - -gydF4y2Ba}\mathrm{PgydF4y2Ba}})gydF4y2Ba$。gydF4y2Ba

四个视觉输入应用于主题,其中两个是不和谐的惯性运动(SW和BW),一个是整合(EO),和一个没有冲突,因为没有视觉输入(EC)。块涨幅在每个频率视觉条件(gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba)表明,受试者VR和上海有更多的收益和分散科目PS和KS收益接近1。gydF4y2Ba

第一次用于分析非参数统计检验频率和视觉条件对收益的影响。非参数技术可以避免假定正态分布和方差齐性的主题。有四个样本来自相同的人口,弗里德曼双向方差分析(方差分析),排名是第一个测试的重要性的差异在所有的实验条件。gydF4y2Ba零假设HgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba不同条件下的实验没有微分效应,而gydF4y2Ba备择假设HgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba不同条件下的实验有一个微分效应。已建立的gydF4y2Ba显著性水平gydF4y2Ba是gydF4y2BaαgydF4y2Ba= 0.05。的gydF4y2Ba抽样分布gydF4y2Ba ${\mathrm{\chi gydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$分布近似为卡方(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba):gydF4y2Ba

NgydF4y2Ba=数量的科目gydF4y2Ba

kgydF4y2Ba=数量的条件gydF4y2Ba

RgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba=秩和的gydF4y2BajgydF4y2Bath条件gydF4y2Ba

${\sum gydF4y2Ba}_{\mathrm{jgydF4y2Ba}=gydF4y2Ba\mathrm{1gydF4y2Ba}}^{\mathrm{kgydF4y2Ba}}$指导人的平方之和的行列gydF4y2BakgydF4y2Ba条件gydF4y2Ba

与gydF4y2BaNgydF4y2Ba= 4,gydF4y2BakgydF4y2Ba= 16,gydF4y2Ba${\mathrm{\chi gydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}=gydF4y2Ba\mathrm{12.19gydF4y2Ba}$。参考表C (gydF4y2Ba25gydF4y2Ba)表明的结果gydF4y2Ba${\mathrm{\chi gydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$是重要的在0.7和0.5之间的水平gydF4y2BapgydF4y2Ba值。gydF4y2BapgydF4y2Ba比≥0.5gydF4y2BaαgydF4y2Ba= 0.05。因此,在这个层次上是接受的决定gydF4y2BaHgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba。提高分析能力,涨幅平均在每个频率之间的视觉条件。同样的弗里德曼测试是用来评估所有频率的意义。在这种情况下,gydF4y2Ba零假设HgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba是不同频率没有微分效应,而gydF4y2Ba备择假设HgydF4y2Ba_1gydF4y2Ba是不同频率有一个微分作用。选择的意义gydF4y2BaαgydF4y2Ba= 0.05。与gydF4y2BaNgydF4y2Ba= 4,gydF4y2BakgydF4y2Ba= 4,gydF4y2Ba${\mathrm{\chi gydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}=gydF4y2Ba\mathrm{3所示。0gydF4y2Ba}$。参考表N (gydF4y2Ba25gydF4y2Ba)表明的结果gydF4y2Ba${\mathrm{\chi gydF4y2Ba}}_{\mathrm{rgydF4y2Ba}}^{\mathrm{2gydF4y2Ba}}$是重要的gydF4y2BapgydF4y2Ba= 0.432。的gydF4y2BapgydF4y2Ba值大于gydF4y2BaαgydF4y2Ba= 0.05。因此,这个决定是接受gydF4y2BaHgydF4y2Ba_0gydF4y2Ba。总的来说,收益没有显著差异被认为存在在频率之间的视觉条件。然而,土地收益在频率在每一个视觉条件(gydF4y2Ba图9gydF4y2Ba)表明,受试者VR和上海有更多的收益和分散科目PS和KS收益接近1。这可能表明,受试者VR和SH不限制比学科PS和KS。gydF4y2Ba

相分析转换阶段的头加速度相对于雪橇从0°- 360°范围内所有的实验条件。所示的结果gydF4y2Ba图10gydF4y2Ba阶段,从两个科目VR和SH 90°和180°之间的反应和两个科目PS和KS反应阶段接近0°。gydF4y2Ba

获得更多的统计能力,参数统计检验也使用。与复制4×4双向方差分析分析了影响运动的频率配置文件和视觉环境收益。根据方差分析结果(gydF4y2Ba表2gydF4y2Ba),gydF4y2BapgydF4y2Ba频率值和视觉条件分别为0.709和0.3556,分别。都大于0.05的显著性水平。此外,gydF4y2BapgydF4y2Ba价值这两个因素之间的交互作用为0.987,远高于显著性水平。因此,没有统计上的显著差异的涨幅头俯仰加速度之间的视觉条件和频率。也没有互动视觉条件和频率。gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

头部运动已经被用来作为衡量平衡(即在活动(自愿)运动。,步行)。之前报道,在被动(或非自愿)运动如突然基地翻译,在老人头运动显著增加,尤其是在那些最容易受到瀑布(gydF4y2Ba26gydF4y2Ba)。在主动运动,参与者可能需要启动或被诱导为研究人员测量滑动或下降头运动的范围,将大要求的安全措施来防止损伤的参与者。另一方面,头部运动期间可以进行被动运动等基本的翻译,这是一个相对容易的选择用更少的安全措施要求。参与者可以在一个坐着的位置,和不同类型的运动可以被编程。这一原理,我们开发了雪橇系统调查头部运动模式和参数是否可以用作衡量平衡的年轻人。gydF4y2Ba

通过验证实验系统评估研究。受试者宽容的运动刺激。没有副作用后暴露水平的刺激。然而,我们知道一些技术限制。首先,由于有限长度的线性跟踪,系统无法平衡峰值加速度的雪橇在所有频率点。第二,线性跟踪基本上是由一个模拟信号转换的数字信号由虚拟仪器编程。实现运动在特定振幅,信号幅度必须预设可编程电机执行所需的水平的预期的振幅。预设定的任何错误可能导致快速运动的雪橇。在未来,我们希望提高我们的安全措施,因此电机驱动系统应自动关闭一次加速度达到最高水平。我们也想包括其他运动刺激,如斜坡运动或sum-of-sines (SSN),由公共基础相对主要谐波的频率(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba)(重复)在未来的研究。gydF4y2Ba

第三,我们没有专门测量头周长的参与者。然而,我们确保HMD调整到一个舒适的适合实现为每个主题。我们没有找到文献明确指出头的大小会影响我们的研究输出。然而,最近的一项研究报告说,戴着头盔显示器的影响时间,在年轻人和年长的成年人(拉)的性能,因为它增加了时间完成所有拖轮组件(gydF4y2Ba27gydF4y2Ba)。在我们的案例研究的受试者在一个坐着的位置通过所有试验和没有提到的轻量级HMD造成任何不适,尽管HMD的附加惯性的可能性可能会混淆我们的结果不能完全排除。gydF4y2Ba

我们也跟着IRB协议检查参与者的舒适度和试验之间提供了足够的休息时间。没有参与者提到任何不适。试验在实际试验参与者并实践熟悉实验设置。然而,HMD穿的压力可以增加颈部和躯干的弯曲学科试图达成一个稍微不同的头部姿势平衡和选择最好的视角浏览环境。gydF4y2Ba

第四,在理想的情况下,实验运行应该是完全随机的。这意味着操作0.1赫兹的频率可以运行没有出现在前一个或下一个跑。然而,改变频率从0.5或1.1到0.2或0.1 Hz不仅需要调整电动机的决议从1到7还正弦信号的电压。花了20多岁或更多更新电动机的新决议。最小化订单效果和节省试验时间,运动频率和频率在两组之间的刺激被随机分配。第一组包括0.1和0.2赫兹的频率。第二组包括0.5和1.1赫兹的频率。然后,四个视觉输入随机和同样为每个实验条件选择。我们安排实验条件没有产生明显的秩序的影响的基础上,统计分析结果部分中描述。gydF4y2Ba

自动可以使用动态视觉输入不一致引起的惯性运动,即使visual-inertial冲突存在,如在正弦转换(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba)。我们创建了冲突的频率等于或小于1.1赫兹。虽然报告认为自动没有收集所有科目,至少一个话题说,他认为对角左右自动在横向视觉条件。gydF4y2Ba

作为研究的主要利益,我们探讨这些主题使用的头部动作策略在一个p正弦翻译。获得情节可能会表明,受试者VR和SH不限制比学科PS和KS。阶段结果表明两头策略是受雇于坐在科目。两个受试者的头几乎锁定雪橇运动,和其他两个受试者更松散的稳定和计数器的运动雪橇。这两种方法已经被Vibert报道等。gydF4y2Ba28gydF4y2Ba),其中head-locked(即。,“stiff”) subjects showed little translation of the head relative to the sled for the whole duration of motion stimuli when the trunk was fixed, whereas loose (i.e., “floppy”) subjects showed a large pitch of the head relative to the sled in the direction opposite to the sled movement. In addition, all subjects showed the drop-off phase at the highest frequency.

头的正弦加速度头颈复杂表明的确是一个二阶常系数线性系统,在先前的研究已经发现头颈控制人类gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)和麻醉猫(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba)。两项研究表明,头部的运动响应取决于惯性的头部和颈部的粘度和刚度。平均头俯仰加速度增加最大加速度的雪橇从0.06增加gydF4y2BaggydF4y2Ba在0.1赫兹条件约0.12gydF4y2BaggydF4y2Ba在0.2赫兹的条件。更大的脖子僵硬和粘度,以及头惯性,应该减少头部的运动响应峰值。两个主题所使用的“硬”战略KS和PS可能增加了刚度和粘度的脖子。因此,KS和PS小收益和头部运动阶段与雪橇运动频率(< 0.5 Hz)相比,SH和虚拟现实。gydF4y2Ba

头每个参与者的反应是一致的在三测试试验和四个测试条件,尽管峰头运动的振幅和阶段显示的主题多样,分布在两个极端之间的连续体对应于僵硬和软盘的参与者。受试者的头响应的变化可能是由于软盘参与者能够放松僵硬的参与者多,期待从雪橇运动刺激。我们也排除了这种可能性,两种不同的反应可能从经济刺激的预期水平的变化。主题总是事先警告的刺激存在,所以他们有类似的运动刺激的预期。Vibert et al。(gydF4y2Ba28gydF4y2Ba)表明,僵硬的参与者可能依赖于视觉线索,而软盘参与者可能依赖于头颈合奏的惯性稳定在太空。然而,两种反应策略表明,可能有一个以上的控制机制影响头部的稳定,包括自愿过程(gydF4y2Ba22gydF4y2Ba,gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

五点利用在我们的研究限制主体的树干在被动运动座椅。我们目前的研究结果表明,头俯仰加速度大于雪橇加速度几乎在所有条件。我们认为限制主干可能阻碍躯干和颈部的能力减弱的势头雪橇,最终增加头部加速度的幅值和复杂性(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

一般来说,在任何姿势支持在步态,加速度振幅降低躯干和最小的是最大的。颈部肌肉帮助稳定并减少头部加速度。据报道,全面降低的能力较低的树干来减弱外部振荡导致增加的垂直加速度振幅头奇异做好树干时(gydF4y2Ba31日gydF4y2Ba)。我们的研究表明,这些加速度模式也适用于头部的横向加速度在坐在和被动运动。gydF4y2Ba

头颈系统的稳定性是指减少峰值速度扰动后。头稳定的一个重要组成部分的粘弹性性质的脖子系统。颈部僵硬需要保持在静力平衡对抗重力。在头一个扰动,大脑可以通过co-contraction调整肌肉活动改变脖子僵硬和粘度,刚度大的脖子可能减少峰头角速度,应用摄动(gydF4y2Ba32gydF4y2Ba)。脖子僵硬和粘度可以测量的运动响应外部扰动。在未来,我们想看看颈部关节刚度和粘度变化的函数应用条件和是否可以有利于稳定减少峰头角速度。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。gydF4y2Ba

道德声明gydF4y2Ba

涉及人类受试者的研究回顾和批准的天普大学IRB的办公室。患者/参与者提供了他们的书面知情同意参与这项研究。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

JC开发数据处理管道,进行数据分析,收集的数据,解释结果,是一个主要贡献者写手稿。WGW EK, KD构思的工作和协助解释结果,主要贡献者写手稿。所有作者的文章和批准提交的版本。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba