ارزيابي يك ساختار سلسله مراتبي و مدولار تحت شرايط محيطي تركيبي براي حركت برخاستن از صندلي

Evaluation of a modular and hierarchical movement planner under a combination of different conditions in planning the Sit-to-Stand transfer

علم كنترل حركت يكي از شاخه‌هاي جذاب تحقيقاتي است كه در آن محققين به‌دنبال بررسي ساز و كار سيستم اعصاب مركزي در زمينه طراحي حركات هستند. شناخت سيستم اعصاب مركزي در طراحي حركت، مي‌تواند كمك شاياني به علم توان‌بخشي و شناخت اختلالات حركتي ايفا كند. محققين براي اين منظور مدل‌هاي مختلفي ارايه داده‌اند كه اين مدل‌ها به دو دسته مدل‌هاي مبتني بر بهينه‌سازي و مدل‌هاي مبتني بر داده تقسيم مي‌شوند و هر كدام مزايا و معايب خاص خود را دارند. در سال‌هاي اخير و به‌منظور برطرف كردن معايب مدل‌هاي قبلي، مدلي سلسله مراتبي و مدولار براي طراحي مسير حركات انسان ارايه شده‌است. اين مدل توانايي خود را در طرح‌ريزي حركت در قبال شرايط محيطي مختلف نشان داده‌است. در مقاله حاضر، توانايي اين مدل در طراحي حركت برخاستن از صندلي، به عنوان يك حركت پيچيده و روزمره، مورد بررسي قرار گرفته‌است. مطالعات انجام‌شده نشان مي‌دهد مدل مذكور توانايي مناسبي در طراحي مسير در حضور شرايط محيطي تركيبي ندارد. به‌همين منظور در مقاله حاضر اصلاحاتي به‌منظور ارتقا مدل پيشنهاد شده‌است. براي ارزيابي مدل، ابتدا در آزمايشگاه اسكلتي و عضلاني، حركت برخاستن از صندلي تحت شرايط محيطي مورد نظر ثبت و سپس حركات ثبت‌شده با نتايج حاصل از طراحي مسير انجام‌شده توسط مدل اصلاح‌شده مقايسه شده‌است. نتايج نشان مي‌دهد عملكرد مدل در قبال شرايط محيطي تركيبي مناسب است. دقت محاسباتي بالاي مدل و وجود شواهد رفتاري و نوروفيزيولوژيكي فراوان، مي‌تواند تاييد‌كننده اين فرضيه باشد كه سيستم اعصاب مركزي نيز از يك ساختار مدولار و سلسله مراتبي در طراحي حركات بهره مي‌برد.

Computer modeling of human behavior is an interesting branch in motor control science and has attracted many researchers in the neuroscience and bioengineering fields. Having a good understanding of the role of Central Nervous System (CNS) and its strategies in planning and controlling of human movements will improve the bioengineering topics such as rehabilitation protocols and sport techniques. In present research a computer simulation of CNSʹs performance in designing the Sit-to-Stand transfer is developed. The mentioned simulation is based on decomposition hypothesis. Decomposition hypothesis states that the CNS decomposes a complicated movement to several simpler phases. According to this hypothesis, a modular and hierarchical movement planner (MHMP) which has recently been presented is modified to describe the function of CNS in planning the Sit-to-Stand different phases under combination of different environmental conditions. The performance of the modified MHMP is evaluated with experimental captured motion. The results show that the original MHMP has a good performance in planning the motion phases under single environmental condition but it fails under a combination of different conditions, while the modified MHMP shows good performance in such cases.