計算機(jī)模擬顯示行走時使用的肌肉控制策略的有效性

任何在城市中行走的人都不得不一次又一次地調(diào)整步態(tài)以在路邊或臺階上行走。每個人都制定了控制策略來控制肌肉活動所需的變化，從而保護(hù)他們免受絆倒和跌倒事故的影響。拜羅伊特大學(xué)的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)使用計算機(jī)模擬分析了這些策略及其有效性。他們能夠證明，基于視覺感知的策略，在早期階段為肌肉的身高差異做好準(zhǔn)備，比情境肌肉反射更好地保護(hù)。他們的研究發(fā)表在《科學(xué)報告》中。

如果提前感知到路緣石、臺階或其他地面高度差異，肌肉可以相應(yīng)地進(jìn)行調(diào)整。膝、踝關(guān)節(jié)更加彎曲，身體重心高度發(fā)生變化。這種預(yù)期的肌肉適應(yīng)在研究中被稱為預(yù)期控制策略或“高級策略”。另一種要求不高的“低級策略”完全基于肌肉反射。這些反射只有在步行過程中從路邊或樓梯踏出一步時才會觸發(fā)，并且絆倒和跌倒的風(fēng)險迫在眉睫。

“在我們的研究中，我們試圖發(fā)現(xiàn)這些不同策略對步態(tài)行為的影響以及它們對于安全克服身高差異的重要性。然而，問題出現(xiàn)了，我們永遠(yuǎn)無法像人類一樣完全關(guān)閉這兩種控制策略中的任何一種。因此，很難確定單一策略對選定的測試對象的影響。但是，通過計算機(jī)模擬，這樣的分析是可能的，”該研究的負(fù)責(zé)人 PD Roy Müller 博士解釋說，他是運(yùn)動科學(xué)主席的研究助理在拜羅伊特大學(xué)和 Klinikum Bayreuth GmbH-Medizincampus Oberfranken 步態(tài)實(shí)驗室負(fù)責(zé)人。

研究人員將他們的計算機(jī)模擬建立在一個神經(jīng)肌肉模型上，其中肌肉只受到反射的刺激。使用此模型，可以單獨(dú)顯示低級策略的效果。事實(shí)證明，只有在高度差不超過 3 厘米的情況下，這種策略才能保證步行到突然降低的表面的有效、預(yù)防事故的適應(yīng)。然而，路緣石通常有 5 到 12 厘米高。顯然，僅基于反射的控制策略不足以避免跌倒。

因此，作為研究的一部分，在該模型中添加了額外的預(yù)期策略。計算機(jī)模擬現(xiàn)在顯示出顯著的好處。高低相結(jié)合的策略保證了3到21厘米的高度差可以在沒有事故的情況下進(jìn)行管理。“這一結(jié)果清楚地強(qiáng)調(diào)了預(yù)期適應(yīng)在日常生活中的重要性。它證明，由于視力下降或神經(jīng)元疾病而只能在有限程度上做出這些調(diào)整的人跌倒的風(fēng)險要高得多，”穆勒說。

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