Determining the neural and biomechanical contributions to age-dependent impairments in balance control

确定神经和生物力学对平衡控制中年龄依赖性损伤的影响

基本信息

  • 批准号:
    10339405
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.17万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-02-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Impaired mobility is the leading cause of disability among older adults, impacting independence and quality of life. The ability to maintain balance in response to unexpected perturbations such as a bump, trip, or uneven terrain is a critical component of healthy mobility. Older adults, however, have a reduced capacity to do so, increasing their risk of falling. Despite many training methods aimed at improving the ability to adapt to perturbations, outcomes are highly variable. This may be due, in part, to improperly targeted training. The ability to rapidly and appropriately generate a corrective torque to maintain balance in response to a perturbation is mediated by neural and biomechanical factors. The ankle is critical in the response to whole-body perturbations as it generates a substantial portion of the corrective torque. Ankle torques opposing a perturbation arise from the impedance of the ankle, the relationship between imposed displacements and the resultant torques, and neurally-mediated changes in muscle activation. Increased reaction times and altered musculotendon properties in older adults have been associated with an impaired ability to respond. However, the relative importance of these changes to the response to perturbations remains unknown. This proposal will focus on determining the relative contributions of ankle impedance and reaction time to the ability to resist perturbations of posture. Impedance is directly related to the mechanical properties of the structures spanning the joint (i.e. muscle, tendon, ligaments). While age-dependent changes in musculotendon properties should impact ankle impedance, the magnitude of their effect remains unknown. This is a critical barrier to understanding their contributions to altered motor performance. Aim 1 will determine if there are age- dependent changes in ankle impedance and quantify their magnitude. Ankle, muscle, and tendon contributions to impedance will be quantified using a novel technique employing robotic assessments of ankle mechanics and ultrasound imaging of muscle and tendon motions. Impedance of these structures will be quantified using system identification. This simultaneous assessment is vital for determining how the mechanical properties of the muscle and tendon contribute to the mechanics of the ankle. Aim 2 will determine the extent to which ankle impedance and reaction time contribute to age-related differences in the response to postural perturbations. Ankle posture will be unexpectedly perturbed using a robotic device as the subject balances a virtual inverted pendulum simulating the ankle loads generated during standing. Performance will be quantified by the ability to balance the pendulum. Different conditions will be used to differentiate the impact of ankle impedance and reaction time on task performance. Together, the results from this work will provide insight to the mechanism impairing older adults’ ability to respond to unexpected postural perturbations. This quantitative assessment is vital for the subject-specific optimization of training protocols aimed at enhancing mobility in the elderly.
项目概要 行动能力受损是老年人残疾的主要原因,影响独立性和生活质量 生活中保持平衡以应对意外扰动(例如颠簸、绊倒或不平坦)的能力。 地形是老年人健康活动的重要组成部分,但老年人这样做的能力有所下降。 尽管有许多旨在提高适应能力的训练方法,但增加了他们跌倒的风险。 干扰,结果变化很大,这可能部分是由于针对性训练不当造成的。 能够快速、适当地产生校正扭矩以保持平衡以响应 扰动是由神经和生物力学因素介导的,脚踝对于全身的反应至关重要。 扰动,因为它产生了对抗扰动的大部分校正扭矩。 由脚踝的阻抗产生,施加的位移与合成的位移之间的关系 扭矩和神经介导的肌肉激活变化。 老年人的肌肉肌腱特性与反应能力受损有关。 这些变化对于扰动响应的相对重要性仍然未知。 该提案将重点确定脚踝阻抗和反应时间对 抵抗姿势扰动的能力与阻抗的机械特性直接相关。 跨越关节的结构(即肌肉、肌腱、韧带)。 特性会影响脚踝阻抗,但其影响的大小仍然未知,这是一个关键。 目标 1 将确定是否存在年龄因素。 踝关节阻抗的相关变化并量化其大小。 阻抗将使用一种新技术进行量化,该技术采用机器人评估脚踝力学和 肌肉和肌腱运动的超声成像将使用系统进行量化。 这种同步评估对于确定肌肉的机械特性至关重要。 目标 2 和肌腱对脚踝力学的贡献将决定脚踝阻抗的程度。 和反应时间导致对姿势扰动的反应与年龄相关的差异。 当受试者平衡虚拟倒立摆时,会使用机器人设备受到意外干扰 模拟站立时产生的脚踝负荷,通过平衡能力来量化表现。 将使用不同的条件来区分脚踝阻抗和反应时间的影响。 总之,这项工作的结果将为损害老年人的机制提供见解。 这种定量评估对于成年人应对意外姿势干扰​​的能力至关重要。 针对特定主题优化培训方案,旨在增强老年人的活动能力。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
At matched loads, aging does not alter ankle, muscle, or tendon stiffness.
在匹配的负荷下,衰老不会改变脚踝、肌肉或肌腱的硬度。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-11-26
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jakubowski, Kristen L;Ludvig, Daniel;Lee, Sabrina S M;Perreault, Eric J
  • 通讯作者:
    Perreault, Eric J
Non-linear properties of the Achilles tendon determine ankle impedance over a broad range of activations in humans.
跟腱的非线性特性决定了人类广泛激活范围内的踝关节阻抗。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023-07-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jakubowski, Kristen L;Ludvig, Daniel;Perreault, Eric J;Lee, Sabrina S M
  • 通讯作者:
    Lee, Sabrina S M
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    $ 3.17万
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

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