Nonlinear Dynamics and Bifurcations of Human Posture on Tunable Balance Boards
可调谐平衡板上人体姿势的非线性动力学和分叉
基本信息
- 批准号:1300632
- 负责人:
- 金额:$ 55.04万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2013
- 资助国家:美国
- 起止时间:2013-06-01 至 2017-12-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The goal of this research is to study the dynamics of human posture on a balance board with tunable stiffness and time delay and exploit this understanding to improve the early detection of neuromuscular disease and the rehabilitation of balance compromised populations. The research will develop new mathematical models of human posture coupled to an external system and study the emergent dynamics therein; and develop a novel balance board with tunable board rotational stiffness and time delay. This tunable device will be used to assess the potential advantages of bifurcation-based approaches for the early detection of neuromuscular disorder and improved rehabilitation of younger subjects, older subjects and individuals with multiple sclerosis (MS), in collaboration with the Indiana University School of Medicine. In addition an inter-generational service-learning program focused on improving balance will be developed at a local retirement home, a campus wide forum/seminar series on dynamical systems in perception, cognition, and motor control will be created, senior undergraduate students will be mentored in research projects, and the team will reach out to local MS support groups.The development of the tunable balance board could be a major improvement in rehabilitative devices as it can manipulate and thus, explore the contribution of muscle stiffness and time delay to balance. If successful the idea of using bifurcation thresholds on the tunable balance boards as a means of indicating early stage neuromuscular disease could lead to early diagnosis of fall-propensity in frail older adults and adults with MS, Parkinson?s disease or persons suffering from traumatic brain injury. New detection and training concepts using these tunable balance boards delay could eventually be commercialized and improve quality of life of balance-compromised individuals. In addition, the substantial economic cost associated with falls, valued at over $19 billion in direct medical costs in 2000, may be reduced.
这项研究的目标是研究具有可调刚度和时间延迟的平衡板上人体姿势的动态,并利用这种理解来改善神经肌肉疾病的早期检测和平衡受损人群的康复。该研究将开发与外部系统耦合的人体姿势的新数学模型,并研究其中的新兴动态;并开发了一种新型平衡板,其板旋转刚度和时间延迟可调。该可调装置将与印第安纳大学医学院合作,用于评估基于分叉的方法的潜在优势,以早期检测神经肌肉疾病并改善年轻受试者、老年受试者和多发性硬化症 (MS) 患者的康复。此外,将在当地养老院开发一个专注于改善平衡的代际服务学习计划,将创建一个关于感知、认知和运动控制动力系统的全校论坛/研讨会系列,高年级本科生将在研究项目中得到指导,该团队将与当地多发性硬化症支持团体联系。可调平衡板的开发可能是康复设备的重大改进,因为它可以操纵,从而探索肌肉僵硬和时间延迟对平衡的贡献。如果使用可调平衡板上的分叉阈值作为指示早期神经肌肉疾病的手段的想法成功,可能会导致体弱的老年人和患有多发性硬化症、帕金森病或患有脑外伤的人的跌倒倾向的早期诊断受伤。使用这些可调平衡板延迟的新检测和训练概念最终可以商业化,并提高平衡受损个体的生活质量。此外,与跌倒相关的大量经济成本(2000 年直接医疗成本超过 190 亿美元)可能会减少。
项目成果
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