Modulation of wrist stiffness caused by adaptation to stochastic environment
Modulation of wrist stiffness caused by adaptation to stochastic environment
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适应随机环境引起的手腕僵硬的调节
DOI：
10.1080/01691864.2021.1900913
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发表时间：
2021
影响因子：
2
通讯作者：
Y. Koike
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
H. Kambara;H. Ogawa;A. Takagi;D. Shin;N. Yoshimura;Y. Koike
我们可以接住各种下落的物体，比如鸡蛋或球。我们必须预测物体的动力学性质，才能与它们相互作用，但要做到精确是很困难的。中枢神经系统的建议，以调制的肌肉骨骼动力学的机械阻抗，以实现强大的控制和克服环境动力学的变化。在这项研究中，我们测试的假设，即肌肉骨骼刚度增加的程度，在环境中的变化增加，通过运动适应过程。我们在虚拟现实系统中进行了接球任务实验，其中球的负载力每次试验都发生变化，并测量手腕的肌肉活动以估计其关节刚度。我们发现，适应后组水平的手腕刚度单调增加对负载力的变化。同时，一些参与者表现出非单调的手腕刚度和负载力的变化之间的关系。实验和计算机模拟的结果表明，中枢神经系统可以适应一个随机环境下的运动精度和能量成本之间的权衡下，通过调节肌肉骨骼刚度水平。
We can catch all sorts of falling objects like eggs or balls. We must predict the dynamical properties of objects to interact with them, but doing so precisely is difficult. The CNS is suggested to modulate the mechanical impedance of the musculoskeletal dynamics to accomplish robust control and overcome variability in environmental dynamics. In this study, we tested the hypothesis that musculoskeletal stiffness increases as the degree of variability in the environment increase through the motor adaptation process. We conducted a ball-catching task experiment in a virtual reality system where the load force of the ball changed every trial and measured the muscle activity in the wrist to estimate its joint stiffness. We found that group level wrist stiffness after adaptation monotonically increased against load force variability. Meanwhile, some participants showed a non-monotonic relationship between wrist stiffness and load force variability. The results of the experiment and computational simulations suggest that the CNS may adapt to a stochastic environment by modulating musculoskeletal stiffness level under the trade-off between movement accuracy and energetic cost.
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