Vestibular contribution to the control of human upright stance

前庭对人类直立姿势控制的贡献

基本信息

  • 批准号:
    8525383
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-21 至 2015-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Project Summary/Abstract The long-term goals of this project are to understand how motion information from the inner-ear balance sensors of the vestibular system contributes to the control of balance in humans and to determine the extent to which galvanic vestibular stimulation (GVS) can be used to restore a useful vestibular contribution to balance in subjects with diminished vestibular function. GVS has long been used to demonstrate qualitatively a vestibular contribution to balance control, but a detailed quantitative understanding is lacking. Engineering system-identification methods and modeling will be applied to develop GVS as a quantitative tool for investigating the vestibular contribution to balance control and as a potential prosthetic aid to enhance balance in subjects with vestibular deficits. The proposed work has three specific aims. The first aim will combine experimental and modeling methods to: (1) define how motion information from vestibular sensors contributes to balance control, (2) determine how vestibular orientation information is combined with information from proprioceptive, somatosensory, and visual systems, (3) determine how combined sensory information is used to generate corrective responses to external perturbations imposed on a multi-segmental body, and (4) identify how subjects with bilateral vestibular loss (BVL) compensate for their vestibular loss. Models developed in the first aim provide quantitative hypotheses about mechanisms controlling balance. The second aim will use results from GVS tests to identify aspects of GVS-evoked body sway that differ from sway expected from the natural activation of vestibular receptors by actual head motion. We will develop a method that accounts for these differences, and then use GVS to test whether our model-based hypotheses of multi-segmental balance control predict how the vestibular contribution to balance control changes as a function of environmental and stimulus conditions. The third aim will use the identified characteristics of GVS-evoked balance responses and a model-based understanding of the balance control system to develop a method that uses GVS feedback, based on real-time measures of head motion, to manipulate the vestibular contribution to balance control. Because many BVL subjects remain sensitive to GVS, the potential exists for real-time GVS feedback to restore a functionally useful vestibular contribution to balance control in BVL subjects. Successful completion of the proposed experiments will provide new insights into the vestibular contribution to human balance control and mechanisms that compensate for vestibular loss. The development of methods for accurately manipulating vestibular-motion information using GVS feedback will facilitate future investigations of the vestibular contribution to motor tasks and could potentially contribute to the development of a vestibular prosthesis.
项目摘要/摘要 该项目的长期目标是了解内耳平衡中的运动信息如何 前庭系统的传感器有助于控制人类的平衡,并确定 哪种电式前庭刺激(GVS)可用于恢复有用的前庭贡献以平衡 在前庭功能下降的受试者中。长期以来,GV已被用来定性证明 前庭对平衡控制的贡献,但是缺乏详细的定量理解。工程 系统识别方法和建模将用于开发GVS作为定量工具 调查前庭对平衡控制的贡献,并作为增强平衡的潜在假肢 在前庭缺陷的受试者中。 拟议的工作具有三个具体目标。第一个目标将结合实验和建模方法 至:(1)定义前庭传感器的运动信息如何有助于平衡控制,(2)确定如何 前庭方向信息与本体感受,体感和视觉的信息相结合 系统,(3)确定如何使用合并的感官信息来生成对 外部扰动对多段主体施加,(4)确定双侧受试者如何 前庭损失(BVL)补偿其前庭损失。在第一个目的中开发的模型提供 关于控制平衡机制的定量假设。第二个目标将使用GVS的结果 测试以识别GVS诱发的身体摇摆方面的测试,这与自然激活的预期不同 前排受体通过实际的头部运动。我们将开发一种解决这些差异的方法,并 然后使用GVS测试我们基于模型的多段平衡控制的假设是否预测 前庭贡献对控制控制的变化是环境和刺激条件的函数。这 第三目的将使用GVS诱发的平衡响应的确定特征和基于模型的特征 了解平衡控制系统,以开发一种使用GVS反馈的方法,基于实时 头部运动的度量,以操纵前庭对平衡控制的贡献。因为许多BVL 受试者仍然对GVS保持敏感,存在实时GVS反馈的电位以恢复功能 有用的前庭贡献对BVL受试者的平衡控制。 成功完成拟议的实验将为前庭贡献提供新的见解 为人类平衡控制和补偿前庭损失的机制。方法的发展 为了准确地使用GVS反馈来准确操纵前庭动作信息,将有助于未来 对前部对运动任务的贡献的调查,并有可能为发展做出贡献 前庭假体。

项目成果

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