Πέντε συναρπαστικές ερευνητικές εργασίες που χρησιμοποιούν δεδομένα mocap για την προώθηση της ανακάλυψης

ByDimitris Mylonas

Από τη βιομηχανική και την αποκατάσταση έως την αθλητική επιστήμη και τη ρομποτική, τα δεδομένα καταγραφής κίνησης επιτρέπουν στους ερευνητές να προσδιορίσουν πώς οι άνθρωποι, τα ζώα και τα αυτόνομα συστήματα – όπως τα drones – κινούνται, αλληλεπιδρούν και αντιδρούν στο περιβάλλον τους. «Μετατρέποντας» την κίνηση σε ακριβή δεδομένα, οι ερευνητές μπορούν να αποκτήσουν γνώσεις και να αναλύσουν μοτίβα που, σε πολλές περιπτώσεις, θα ήταν αδύνατο να ανιχνευθούν μόνο μέσω παρατήρησης.

1, Πώς επηρεάζει η ηλικία τις αλλαγές στα πρότυπα ενεργοποίησης των μυών των ποδιών και στις ροπές των αρθρώσεων των ποδιών κατά τη διάρκεια παρατεταμένου περπατήματος;

Είμαστε τυχεροί που υποστηρίζουμε ερευνητές σε όλο τον κόσμο παρέχοντας λύσεις καταγραφής κίνησης που βοηθούν στην προώθηση πρωτοποριακών ανακαλύψεων που σχετίζονται με την κίνηση, με τη δυνατότητα να επηρεάσουν πολλαπλούς τομείς και διάφορες εφαρμογές.

Σε αυτό το ιστολόγιο, επισημαίνουμε πέντε από τις πολλές μελέτες βιομηχανικής στις οποίες οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την τεχνολογία μας για να εξετάσουν τα χαρακτηριστικά της ανθρώπινης κίνησης, ώστε να κατανοήσουν καλύτερα τον αντίκτυπο που έχουν η γήρανση και οι φυσικοί περιορισμοί στην κίνηση, την κινηματική χειραγώγηση στον αθλητισμό και την πρόληψη τραυματισμών.

Σύμφωνα με τους Yujin Kwon, Hoon Kim και Jason R Franz, οι τρόποι με τους οποίους η ηλικία επηρεάζει τον νευρομυϊκό έλεγχο ως αντίδραση στην κόπωση που σχετίζεται με το περπάτημα δεν είναι καλά κατανοητοί. Η απόκτηση αυτής της γνώσης θα μπορούσε να βοηθήσει στην ενημέρωση στρατηγικών για την υποστήριξη της ανεξάρτητης κινητικότητας σε ηλικιωμένους ενήλικες. Αυτή η μελέτη διερεύνησε πώς η ηλικία επηρεάζει τα νευρομυϊκά χαρακτηριστικά και τις καθαρές ροπές των αρθρώσεων κατά τη διάρκεια μιας δοκιμής βάδισης 30 λεπτών στο πλαίσιο της κόπωσης που σχετίζεται με το περπάτημα.

Η ασύρματη ηλεκτρομυογραφία επιφάνειας (EMG) κατέγραψε τις μυϊκές ενεργοποιήσεις 12 κυρίαρχων μυών των ποδιών στα 1000Hz. Ταυτόχρονα, το τρισδιάστατο σύστημα καταγραφής κίνησης μας -συμπεριλαμβανομένων 15 καμερών- χρησιμοποιήθηκε για την παρακολούθηση 36 ανακλαστικών δεικτών που τοποθετήθηκαν στους συμμετέχοντες μαζί με αμφοτερόπλευρα δεδομένα δύναμης αντίδρασης εδάφους, χρησιμοποιώντας έναν διάδρομο διπλής ζώνης με όργανα.

Τα συλλογικά ευρήματα των ερευνητών αποκαλύπτουν νευρομυϊκές αλλαγές κατά τη διάρκεια παρατεταμένου βαδίσματος που μπορεί να οδηγήσουν σε ηλικιωμένους ενήλικες που βιώνουν υψηλότερη ευαισθησία στην κόπωση που σχετίζεται με το περπάτημα από τους νεότερους ενήλικες. Υποδεικνύουν ότι η κατανόηση αυτών των διαφορών μεταξύ των ηλικιακών ομάδων θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη συσκευών παρακολούθησης της κόπωσης και υποβοήθησης του βαδίσματος για τη μείωση της κόπωσης που σχετίζεται με το βάδισμα και την υποστήριξη της ανεξάρτητης κινητικότητας σε ηλικιωμένους ενήλικες.

Σύνδεσμος για την πλήρη μελέτη: How does age affect changes in leg muscle activation patterns and leg joint moments during prolonged walking? – PMC

2. Αμφίπλευρη μυϊκή αντιστάθμιση συμβαίνει σε περίπτωση μονόπλευρης ρήξης του στροφικού πετάλου: Μελέτη προσομοίωσης.

Όπως επισημαίνουν οι Zoe M. Moore, Joshua Pataky και Meghan E. Vidt, οι αμφίχειρες δραστηριότητες αποτελούν μέρος της καθημερινής ζωής, αλλά μπορεί να καταστούν δύσκολες σε περιπτώσεις μυοσκελετικών διαταραχών, όπως η ρήξη του στροφικού πετάλου (RCT).. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν η επέκταση ενός μονομερούς μυοσκελετικού μοντέλου άνω άκρου σε διμερές μοντέλο, προκειμένου να διερευνηθούν οι διαφορές στην αμφίπλευρη μυϊκή αντιστάθμιση και οι μεταβολές της κινηματικής κατά την εκτέλεση μιας φορτιζόμενης αμφίχειρης δραστηριότητας σε παρουσία μονόπλευρης ρήξης στροφικού πετάλου.

Ένα σύστημα—που περιλάμβανε 10 ανακλαστικούς δείκτες (retroreflective markers) και οκτώ κάμερες Kestrel—χρησιμοποιήθηκε κατά τη διαδικασία κινηματικής επαλήθευσης του διμερούς μοντέλου. Οι δείκτες τοποθετήθηκαν σε οστικά ανατομικά σημεία ενός πλαστικού σκελετού ανθρώπινου μεγέθους, στην αριστερή πλευρά. Οι θέσεις των δεικτών υποβλήθηκαν σε μετα-επεξεργασία και εξομαλύνθηκαν στο λογισμικό Cortex με χρήση φίλτρου Butterworth. Στη συνέχεια, οι φιλτραρισμένες μονομερείς θέσεις των δεικτών αντικατοπτρίστηκαν ως προς το μέσο οβελιαίο επίπεδο, ώστε να προσδιοριστούν οι αντίστοιχες θέσεις στην αντίθετη πλευρά του σκελετού. Και οι δύο πλευρές χρησιμοποιήθηκαν ξεχωριστά ως είσοδοι για τις προσομοιώσεις του μοντέλου. Στα συμπεράσματα της μελέτης επισημαίνεται ότι η αναγνώριση αντισταθμιστικών μηχανισμών που σχετίζονται με μονόπλευρη βλάβη έχει τη δυνατότητα να αναδείξει στόχους για εξατομικευμένη αποκατάσταση, διευκολύνοντας την εκτέλεση καθημερινών λειτουργικών και επαγγελματικών δραστηριοτήτων, καθώς και να υποστηρίξει περαιτέρω έρευνα σχετικά με την ανάπτυξη και εξέλιξη μυοσκελετικών διαταραχών όπως η ρήξη του στροφικού πετάλου. Ωστόσο, αναγνωρίζεται ότι απαιτείται περαιτέρω πειραματική επικύρωση πριν τα ευρήματα αυτά μπορέσουν να εφαρμοστούν στην κλινική πράξη.

Σύνδεσμος για την πλήρη μελέτη : Bilateral muscle compensation occurs with a unilateral rotator cuff tear: A modeling study – PMC

3. Συγκριτική ανάλυση της κινηματικής ικανότητας χειρισμού κατά το χτύπημα στο μπέιζμπολ σε διαφορετικά σημεία κρούσης

Οι Akio Morimoto, Takahiko Sato και Akinori Nagano εξηγούν ότι στο μπέιζμπολ, οι παίκτες που χτυπούν (batters) πρέπει να προσαρμόζουν τη θέση του ροπάλου ανάλογα με τη θέση της ρίψης. Για να το επιτύχουν αυτό, πρέπει να είναι ικανοί να μετακινούν το ρόπαλο σε ένα ευρύ φάσμα θέσεων. Παρότι ορισμένες μελέτες έχουν διερευνήσει την κινηματική και την κινητική του χτυπήματος, οι ερευνητές επισημαίνουν ότι καμία μελέτη δεν έχει εξετάσει τον βαθμό στον οποίο οι παίκτες μπορούν να μετατοπίζουν το ρόπαλο. Στόχος της παρούσας μελέτης ήταν να διερευνήσει τη χειρισιμότητα του ροπάλου κατά το χτύπημα της μπάλας σε διαφορετικά σημεία, χρησιμοποιώντας δείκτες κινηματικής χειρισιμότητας.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την τεχνολογία καταγραφής κίνησης—συμπεριλαμβανομένων 16 καμερών Raptor-E—για την παρακολούθηση της κίνησης 20 παικτών μπέιζμπολ κατά το χτύπημα στατικών μπαλών. Κάθε συμμετέχων μοντελοποιήθηκε ως ένα σύστημα 10 συνδεδεμένων άκαμπτων σωμάτων με 21 βαθμούς ελευθερίας. Από αυτά τα δεδομένα, υπολογίστηκαν δείκτες κινηματικής χειρισιμότητας με βάση τις μετρούμενες γωνίες των αρθρώσεων και τα μήκη των τμημάτων του σώματος. Τα ακατέργαστα δεδομένα των δεικτών φιλτραρίστηκαν με φίλτρο χαμηλής διέλευσης Butterworth τέταρτης τάξης. Τα ευρήματα της μελέτης ενδέχεται να έχουν πρακτικές εφαρμογές στην ανάπτυξη στοχευμένων τεχνικών χτυπήματος. Οι παίκτες μπορούν επίσης να ωφεληθούν μελετώντας τις κινήσεις που σχετίζονται με υψηλότερη κινηματική χειρισιμότητα σε συγκεκριμένα σημεία επαφής, γεγονός που μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της απόδοσής τους στο χτύπημα

Σύνδεσμος για την πλήρη μελέτη : Comparison of kinematic manipulability in baseball hitting at different hitting points – PMC

4. Μια αρθρωτή όρθωση ποδοκνημικής με αντίσταση στην πελματιαία κάμψη μείωσε τη μυϊκή δραστηριότητα των μυών υποκνημιδίου και πρόσθιου κνημιαίου, καθώς και τη ροπή πελματιαίας κάμψης του παρετικού κάτω άκρου σε άτομα με εγκεφαλικό επεισόδιο

Όπως επισημαίνουν οι Oluwaseye P. Odanye, Emily A. Steffensen, Aaron D. Likens, Elisa S. Arch και Brian A. Knarr, οι ορθώσεις ποδοκνημικής (AFOs), δηλαδή οι νάρθηκες που υποστηρίζουν την ποδοκνημική άρθρωση, μπορούν να βοηθήσουν τα άτομα με εγκεφαλικό επεισόδιο στη βάδιση, ιδιαίτερα όταν υπάρχει αδυναμία των ραχιαίων καμπτήρων. Στη συγκεκριμένη μελέτη, οι ερευνητές κατασκεύασαν μια εξατομικευμένη αρθρωτή AFO με ενσωματωμένες μηχανικές αρθρώσεις, προκειμένου να αξιολογήσουν πώς η αντίσταση των πελματιαίων καμπτήρων επηρεάζει τη μυϊκή ενεργοποίηση του κάτω άκρου σε άτομα με εγκεφαλικό. Στη μελέτη συμμετείχαν πέντε άτομα με ιστορικό εγκεφαλικού επεισοδίου, εκ των οποίων τρία μπορούσαν να βαδίζουν ανεξάρτητα με ή χωρίς βοήθημα βάδισης, ενώ δύο χρησιμοποιούσαν ήδη κλινικά συνταγογραφημένη AFO. Η αρθρωτή AFO που χρησιμοποιήθηκε ήταν εξατομικευμένη για κάθε συμμετέχοντα. Μετά την εφαρμογή της, τοποθετήθηκαν 47 ανακλαστικοί δείκτες σε ανατομικά σημεία και στα υποδήματα των συμμετεχόντων. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκαν πέντε αισθητήρες ηλεκτρομυογραφίας (EMG) για την καταγραφή της μυϊκής δραστηριότητας, συγχρονισμένοι με σύστημα καταγραφής κίνησης 20 καμερών και οκτώ ενδοδαπέδιες δυναμοπλάκες.

Η μελέτη κατέδειξε την επίδραση της αντίστασης στην πελματιαία κάμψη, μέσω της αρθρωτής AFO, στη μέση μυϊκή δραστηριότητα και στη βάδιση του παρετικού κάτω άκρου σε άτομα με εγκεφαλικό επεισόδιο. Οι ερευνητές κατέληξαν ότι, πέρα από τα ευρήματα αυτής της μελέτης μίας συνεδρίας, απαιτείται μακροχρόνια (διαχρονική) έρευνα για να προσδιοριστούν οι μακροπρόθεσμες επιδράσεις της αντίστασης πελματιαίας κάμψης των AFOs στη μυϊκή δραστηριότητα των επιζώντων εγκεφαλικού, καθώς και για να κατανοηθεί καλύτερα η επίδραση στη μυϊκή απόδοση και φυσιολογία.

Σύνδεσμος για την πλήρη μελέτη : An articulated ankle foot orthosis with plantarflexion resistance decreased soleus and tibialis anterior muscle activity, and plantarflexion moment of the paretic lower limb of persons with stroke – PMC

5. Οι επιδράσεις της κόπωσης των απαγωγών του ισχίου στην αστάθεια της βάδισης σε ηλικιωμένους ενήλικες

Η κόπωση αποτελεί βασικό παράγοντα που επηρεάζει την ικανότητα των μυών να ανταποκρίνονται στην παραγωγή δύναμης και, κατ’ επέκταση, την ικανότητα αντίδρασης σε προκλήσεις ισορροπίας, όπως αναφέρουν οι Andrew D. Shelton, Vicki S. Mercer, Katherine R. Saul, Kinh Truong και Jason R. Franz. Επιπλέον, επισημαίνουν ότι η μεσοπλάγια σταθερότητα είναι κρίσιμη για την ασφαλή μετακίνηση των ηλικιωμένων στο καθημερινό τους περιβάλλον. Η λειτουργία αυτή βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στον ενεργό νευρομυϊκό έλεγχο, με τους απαγωγούς μύες του ισχίου να διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη ρύθμιση της πλάγιας τοποθέτησης του ποδιού. Στη μελέτη αυτή, οι ερευνητές επιδίωξαν να χαρακτηρίσουν τις επιδράσεις της κόπωσης των απαγωγών του ισχίου στην αστάθεια της βάδισης σε ομάδα 15 ηλικιωμένων ατόμων. Οι συμμετέχοντες φορούσαν ασύρματα ηλεκτρόδια καταγραφής ηλεκτρομυογραφήματος (EMG), με τα δεδομένα να κλιμακώνονται ανά κανάλι στο λογισμικό Cortex. Επιπλέον, τοποθετήθηκαν ανακλαστικοί δείκτες καθώς και επιπρόσθετοι 14 δείκτες παρακολούθησης. Οι ανακλαστικοί δείκτες καταγράφηκαν μέσω συστήματος καταγραφής κίνησης 15 καμερών, ενώ όλες οι δοκιμασίες βάδισης πραγματοποιήθηκαν σε διπλό διάδρομο (dual-belt) με ενσωματωμένες δυναμοπλάκες. Οι δοκιμασίες κόπωσης εκτελέστηκαν στο δάπεδο του εργαστηρίου.

Η μελέτη αυτή ήταν η πρώτη που ανέδειξε έναν μηχανιστικό συσχετισμό μεταξύ της κόπωσης των απαγωγών του ισχίου και της μειωμένης ικανότητας παραγωγής δύναμης κατά την προσπάθεια διατήρησης της σταθερότητας μετά από απρόβλεπτες πλάγιες διαταραχές ισορροπίας κατά τη βάδιση. Τα ευρήματα υπογραμμίζουν τη σημασία στοχευμένων στρατηγικών πρόληψης που μειώνουν την ευπάθεια σε κόπωση των απαγωγών του ισχίου ή ενισχύουν την αντοχή τους στην κόπωση, προκειμένου να υποστηριχθεί η ικανότητα των ηλικιωμένων να αντιδρούν σε απρόβλεπτες περιβαλλοντικές διαταραχές που ενδέχεται να οδηγήσουν σε πτώσεις.

Σύνδεσμος για την πλήρη μελέτη : THE EFFECTS OF HIP ABDUCTOR FATIGUE ON GAIT INSTABILITY IN OLDER ADULTS – PMC

Βιβλιογραφικές αναφορές

  1. Kwon, Y., Kim, H., & Franz, J. R. (2025). How does age affect changes in leg muscle activation patterns and leg joint moments during prolonged walking? European Journal of Applied Physiology, 125(12), 3651–3662. https://doi.org/10.1007/s00421-025-05867-2
  2. . Moore, Z. M., Pataky, J., & Vidt, M. E. (2025). Bilateral muscle compensation occurs with a unilateral rotator cuff tear: A modeling study. PLOS ONE, 20(9), e0333103. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0333103
  3. Morimoto, A., Sato, T., & Nagano, A. (2025). Comparison of kinematic manipulability in baseball hitting at different hitting points. Scientific Reports, 15(1), 41717. https://doi.org/10.1038/s41598-025-25663-4
  4. Odanye, O. P., Steffensen, E. A., Likens, A. D., Arch, E. S., & Knarr, B. A. (2025). An articulated ankle foot orthosis with plantarflexion resistance decreased soleus and tibialis anterior muscle activity, and plantarflexion moment of the paretic lower limb of persons with stroke. Journal of Electromyography and Kinesiology, 84, 103041. https://doi.org/10.1016/j.jelekin.2025.103041
  5. Shelton, A. D., Mercer, V. S., Saul, K. R., Truong, K., & Franz, J. R. (2025). The effects of hip abductor fatigue on gait instability in older adults. Journal of Neurophysiology, 134(4), 1329–1339. https://doi.org/10.1152/jn.00465.2024