Communications Biology: Прорыв поможет улучшить ходьбу людей после инсульта

Ходьба — это простое действие, которое не требует особых усилий. Кажется, что можно идти и одновременно делать что-то ещё.

На самом деле координация движений ног во время ходьбы сложна: полушария мозга должны работать согласованно, чтобы обеспечить «противофазные отношения» между ногами. Это позволяет ставить одну ногу впереди другой. Такая координация нарушается при возникновении препятствий или асимметрии, например, на извилистой тропинке.

Понимание механизмов координации ходьбы может помочь в реабилитации пациентов после черепно-мозговых и других неврологических травм.

В исследовании, опубликованном в журнале Communications Biology, учёные из Университета Осаки изучали, как мозг контролирует движения ног. Они снимали кинематические данные здоровых пациентов, идущих по беговой дорожке, на которой периодически менялась скорость. Это приводило к временной потере противофазного соотношения, но оно быстро восстанавливалось, когда испытуемые меняли характер движений при ходьбе.

Данные эксперимента были проанализированы с помощью математической модели и метода байесовского вывода. Этот подход позволил исследователям определить, как мозг координирует движения ног.

Исследователи применили теорию фазового сокращения, которая предполагает возвращение системы к регулярному периодическому решению.

Такахиро Араи, ведущий автор исследования, говорит:

Мы использовали байесовское умозаключение и выяснили, как мозг контролирует координацию движений ног.

Оказалось, что мозг не контролирует относительную фазу активно до тех пор, пока отклонение от правильной противофазной ориентации не превысит определённый порог. Это позволяет повысить энергоэффективность и манёвренность.

Наша модель показывает, что мозг не слишком контролирует движения, из-за чего нам сложно преодолевать препятствия, и это требует много энергии. С другой стороны, он не ослабляет контроль настолько, чтобы привести к падению из-за нескоординированных движений ног.

Это исследование может помочь улучшить ходьбу пожилых людей или тех, кто пережил инсульт или болезнь Паркинсона. А также привести к созданию приспособлений, которые помогут людям ходить более естественно.

20.09.2024