نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی
نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
2 استاد، گروه بیوالکتریک، ، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
3 دانشیار، گروه بیوالکتریک، دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
چکیده
سیستم اعصاب مرکزی (CNS) برای تضمین انعطافپذیری و پایداری حرکات، تعداد زیادی از مفاصل و عضلات را به کار میگیرد. هنوز به وضوح مشخص نیست که CNSچگونه مسأل پیچیدة کنترل حرکات را حل میکند. نظریة کنترل پودمانی یکی از موفقترین نظریههای مطرح شده در کنترل حرکت است. بر اساس این نظریه، برخی پایههای حرکتی (مانند سینرجیهای عضلانی) واحدهای سازندة حرکات بوده؛ با ترکیب آنها طیف وسیعی از حرکات تولید میشود. از معروفترین روشها برای استخراج سینرجیهای عضلانی از سیگنالهای الکترومایوگرام (EMG) عضلات، روش تجزیه نامنفی ماتریسی (NMF) است. در حرکات رسندة دست در صفحة عمودی، به علت حذف مؤلفة تونیک از سیگنال EMG، روش استاندارد NMFبرای استخراج سینرجیهای عضلانی کارایی ندارد. در این مقاله، روش اصلاح شدة NMF، به نام semi-NMF،برای حل این مشکل به کار گرفته شد. از سوی دیگر، برای بهبود دقت تخمین سینرجیها و نیز رسیدن به پاسخی یکتا برای حل مسأله بهینهسازی در مدل پیشنهادی، در این مقاله از روش HALSاستفاده شده است. الگوریتم پیشنهادی به EMGهای ثبت شده در حرکت رسندة دست در صفحة جلویی شخص، اعمال شد. نتایج، بهبود قابل توجهی در دقت سینرجیهای تخمین زده شده و به خصوص تکرارپذیری استخراج سینرجیها را نشان دادند. همچنین سینرجیهای استخراج شده از نظر فیزیولوژیک قابل توجیه بودند.
کلیدواژهها
عنوان مقاله [English]
Extracting and study of synchronous muscle synergies during fast arm reaching movements
نویسندگان [English]
- Neda Kaboodvand 1
- Farzad Towhidkhah 2
- Behzad Iravani 1
- Shahriar Gharibzadeh 3
1 M.Sc., Bioelectric Group, Bioengineering School, Amirkabir University of Technology
2 Professor, Bioelectric Group, Bioengineering School, Amirkabir University of Technology
3 Associate professor, Bioelectric Group, Bioengineering School, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]
The central nervous system (CNS) uses a redundant set of joints and muscles to ensure both flexible and stable movements. How the CNS faces the complexity of control problem is not still clear. Modular control is one of the most attractive hypotheses in motor control. In this hypothesis, some motor primitives (e.g. muscle synergies) are considered as the building blocks that can be combined to present a vast repertoire of movements. EMG signals are required for extracting muscle synergies and NMF (nonnegative matrix factorization) is one of the most accepted methods for extracting synergies. Due to tonic component elimination of EMG signals involved in reaching movements in vertical planes, the standard NMF method is not applicable to extract muscle synergies. In this paper a modified NMF method, so-called semi-NMF, is applied to resolve the tonic component problem. On the other hand, to improve the accuracy of synergies' estimation and to find the global optimum for the optimization problem, we have proposed using HALS method. The proposed algorithm was applied to the experimental EMG recorded in arm reaching movement in the frontal plane. The results showed a good improvement both in accuracy and repeatability of extracted synergies. In addition, extracted muscle synergies were physiologically interpretable.
کلیدواژهها [English]
- arm reaching movement
- direction-independent synergies
- muscle synergies
- semi-NMF
- synchronous muscle synergies