Motorenhetsuppskattning och klusterbildning hos individer med ryggmärgsskada
Tid: Fr 2025-02-21 kl 10.00
Plats: D37, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Medicinsk teknologi
Licentiand: Zhihao Duan , Teknisk mekanik, KTH MoveAbility
Granskare: Associate Professor Silvia Muceli, Department of Electrical Engineering, Chalmers University of Technology, Gothenburg, Sweden
Huvudhandledare: Assistant Professor Ruoli Wang, Teknisk mekanik; Professor Elena Gutierrez-Farewik, Teknisk mekanik; Associate Professor Pawel Herman, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST)
QC 250130
Abstract
Ryggmärgsskada (SCI) leder ofta till förändringar i muskelfunktionen, till exempel olika muskelaktiveringsmönster och koordination. Dessa förändringar kan utvärderas kvantitativt med traditionell elektromyografi. Men in vivo-bedömningen av elektrofysiologiska parametrar för motoriska enheter (MU) är fortfarande en utmaning, vilket begränsar vår förståelse av de neuromuskulära mekanismerna. EMG-tekniker och metoder som EMG med hög densitet (HD-EMG) kan dela upp signalerna i individuella MU som ger nya möjligheter att undersöka MU egenskaper in vivo. Trots dessa framsteg har de elektrofysiologiska parametrarna för MU – som är avgörande för MU-rekrytering, avskedningsmönster och MU-synergier efter SCI – inte undersökts noggrant. Denna avhandling presenterar två studier som adresserar kunskapsluckor, med fokus på förändringar i MU-parametrar och klustring efter SCI.
I den första studien föreslog vi en integrerad metod som kombinerar HD-EMG och motorneuronmodellering för att beskriva viktiga elektrofysiologiska parametrar för MU:er: somastorlek och inert period. Dessa parametrar är avgörande för att förstå MU-rekryterings- och avskedsmönster. HD-EMG och ankelvridmoment samlades samtidigt in på tibialis anterior, soleus (SOL) och gastrocnemius medialis (GM) muskler under submaximal isometrisk dorsalflexion och plantarflexions rörelser hos både deltagare med SCI och friska individer. Jämförelser mellan grupper avslöjade en signifikant längre inert period i tibialis anterior-muskeln hos individer med SCI. Det indikerade att en förlängd återhämtningstid krävs för att MU ska återaktiveras, vilket potentiellt leder till minskade nerveimpulsfrekvenser. Den begränsade mängden identifierade MUs, speciellt vid högre muskelkontraktionsnivåer, begränsade dock möjligheten att helt upptäcka skillnader mellan grupperna och mellan SOL- och GM-muskler. Vår analys visade vidare att den föreslagna metoden på ett tillförlitligt sätt kan uppskatta elektrofysiologiska parametrar för MUs in vivo, vilket ger värdefulla insikter för individuell bedömning och övervakning av MU-egenskaper i kliniska populationer.
I den andra studien undersökte vi MU-synergier och klustring i de synergistiska plantarflexorerna SOL och GM-musklerna och undersökte hur dessa mönster påverkades av SCI. För att utvärdera den delade neurala driften beräknade vi koherensen mellan MUs i SOL- och GM-muskler. Faktoranalys användes för att extrahera MU-mode för varje muskel och de identifierade och uppdelade MU:erna kategoriserades i distinkta funktionella grupper baserat på deras korrelationer med varje mode. Resultaten visade signifikant koherens mellan SOL- och GM-muskler i båda grupperna, vilket tyder på en stark delad neural drift som underlättar deras koordinerade funktion. I SCI-gruppen visade resultaten signifikant högre koherens i deltafrekvensbandet vid en högre kontraktionsnivå jämfört med kontrollgruppen, vilket tyder på nedsatt muskelkoordination efter SCI. Klustreringsresultaten visade en signifikant minskad andel av det delade klustret inom GM-muskeln i SCI-gruppen vid en lägre nivå av muskelkontraktion, vilket tyder på nedsatt MU-klustring, vilket potentiellt påverkar motorkoordinationen. När kontraktionsnivån ökade visade kontrollgruppen en minskning av andelen av det gemensamma klustret och en ökning av andelen av det egna klustret. Däremot observerades inga signifikanta förändringar i SCI-gruppen.
Tillsammans presenterade dessa studier nya metoder för att uppskatta MU-egenskaper och klustring in vivo, vilket gav värdefulla insikter i de elektrofysiologiska parametrarna för MUs och anpassningen av MU-synergier efter SCI. Dessa resultat kan bidra till utvecklingen av avancerade rehabiliteringsstrategier och förbättra interventionsresultat.