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Disertación de Maestría
DOI
https://doi.org/10.11606/D.82.2020.tde-26082021-174222
Documento
Autor
Nombre completo
Lucas Ribeiro Lopes Cardoso
Instituto/Escuela/Facultad
Área de Conocimiento
Fecha de Defensa
Publicación
São Carlos, 2020
Director
Tribunal
Pedro, Leonardo Marquez (Presidente)
Caurin, Glauco Augusto de Paula
Magalhães, Daniel Varela
Russo, Thiago Luiz de
Título en portugués
Dispositivo robótico instrumentado para reabilitação bimanual: estudo de caso com aprendizagem motora em pessoas típicas
Palabras clave en portugués
Aprendizagem motora
AVC
Bimanual
Dispositivo robótico
Reabilitação
Resumen en portugués
Do ponto de vista neurológico, o processo de recuperação de uma determinada função motora, acometida por alguma lesão cerebral (por exemplo, AVC), pode ser entendido como uma forma de reaprendizagem. O treinamento bilateral recruta áreas corticais específicas no cérebro que são diferentes da combinação daquelas unimanuais. Em geral, estudos em aprendizagem motora e dispositivos comercialmente disponíveis, focam na execução de tarefas unilaterais. Este trabalho apresenta o desenvolvimento, construção e validação experimental de um novo dispositivo bimanual cujo objetivo é permitir a implementação de paradigmas experimentais para estudo de aprendizagem motora no campo bimanual, e servir como ferramenta de reabilitação. Ele emula o controle de uma bicicleta através de um guidão instrumentado composto por 6 células de carga que medem as forças de interação do usuário em diferentes direções, bem como um motor acoplado ao eixo de maneira a proporcionar distintos campos de força, simulando ambientes diversos. O sistema de controle foi simulado e testado, e todo o dispositivo foi modelado conforme suas equações dinâmicas. Foi desenvolvido um protocolo experimental para testes pilotos com um grupo de indivíduos típicos (Ν = 10) no qual uma tarefa de tempo de reação (Task Reaction Time) foi executada em duas modalidades: RAN - os alvos a serem atingidos em cada rodada eram mostrados de forma aleatória; ou CW - o aparecimento dos alvos seguia uma sequencia previamente conhecida pelos participantes. Os voluntários foram instruídos a buscar o centro dos alvos com o menor erro e no menor tempo possível. Observou-se que apenas na modalidade RAN o módulo do erro angular médio diminuiu conforme o aumento da prática na atividade, da mesma forma como estudos reportam para atividades unimanuais semelhantes. O aumento do tempo de reação e a redução da velocidade de movimentação, encontrados no mesmo período, representam um resultado distinto do reportado para casos unilaterais. A análise cinética das forças de interação dos participantes ao longo da atividade demonstrou que, tanto RAN como CW, apresentaram redução gradativa da força de preensão média em ambas as mãos dos participantes. Este último resultado demonstra que mesmo no cenário CW pode ter havido algum tipo de adaptação, ao contrário do que se pensava ou é reportado para tarefas semelhantes, unimanuais.
Título en inglés
Robotic device for bimanual trainning: case study involving motor learning with health subjects
Palabras clave en inglés
Bimanual
Motor learning
Recovery
Robotic device
Stroke
Resumen en inglés
From a neurologic perspective, functional improvements after injury (e.g. stroke) can be recognized as a learning process. With regard to the bimanual tasks, evidences in literature demonstrate that bilateral training recruits specific motor cortical areas that are diferente from the combination of the ones that are active when single limbs are controlled separately. In despite of this fact, the majority of studies regarding motor learning as well as the related commercially available devices focus on unilateral tasks. In this context, this work presents the development, construction and pilot tests results for a brand new device which aim is to provide a simple mean for the implementation of experimental paradigms in motor learning in the extent of bimanual tasks, and also to serve as a rehabilitation tool. It emulates a bicycle control using an instrumented handlebar with 6 load cells that measure the individual's interaction forces in different orientations, as well as an actuated system directed coupled to its axis, in a way to promote different kind of force fields for diferente scenarios. The control system was simulated and tested, and the device was modeled based on their dynamic equations. It was developed an experimental protocol in order to test the system with a group of health subjects (Ν = 10), using a task reaction time in two different ways: RAN - targets of each turn was shown in a random sequence; or CW - targets appearance was according to a pre-determined sequence known by the subject. All participants were told to try to reach the targets as fast as possible and with minimal angular error. It was observed that only for the RAN mode the modulus of the average angular error decreased as practice increased, following what was expected by studies with similar unimanual tasks. The increase in reaction time and decrease in movement speed, observed in the same period, represent different result compared to unilateral related studies. Kinetic analysis of subject's interaction forces revealed that, either in RAN or CW, there was a gradual decrease in average prehension force in both hands. This last result suggests that even in CW mode might happened an adaptation process, different from what was thought based on kinematic observations or from what in reported in related studies with unimanual tasks.
 
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Fecha de Publicación
2021-08-31
 
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