نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

• احسان راشدی ¹
• محمدرضا نساجیان ²
• بهمن ناصرالاسلامی ³
• محمد پرنیان‌پور ⁴

¹ دانشجوی دکترای دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

² دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

³ دانشجوی دکترای دانشکده مهندسی زیست، دانشگاه استراتکلاید

⁴ استاد مدعو دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف استاد دانشکده اطلاعات و مهندسی صنایع، دانشگاه هانیانگ - آنسان

چکیده

سیستم حرکتی انسان برای اجرای وظایف حرکتی مختلف از راه های گوناگون و قابل انعطافی سازمان دهی شده است. این موضوع اساسا به وسیله راه هایی انجام می شود که سیستم اعصاب مرکزی برای حل مساله نامعینی در سیستم اسکلتی عضلانی به کار می گیرد. در واقع، نامعینی سینتیکی در سیستم اسکلتی عضلانی انسان یک خصوصیت برجسته است که به وسیله آن سیستم اعصاب مرکزی می تواند به اهداف بسیاری دست پیدا کند. در این مطالعه ضمن ارائه تعاریف و بیان نقش مانیفولد کنترل نشده برای سینماتیک حرکت، مفهوم نامعینی سینتیکی با روابط ریاضی بیان می شود. فضای پوچ سیستم با نامعینی سینتیکی هنگامی که گشتاور و یا سختی مشخصی نیاز است، استخراج و روی آن بحث می گردد. ابتدا روابط ریاضی برای یک مدل صفحه ای ساده تر استخراج شد، در این مدل مفاهیم مذکور با استفاده از یک مدل بیومکانیکی سه بعدی 3 درجه آزادی مشخص و سپس روی یک مدل آناتومیکی هیل با 18 عضله اعمال شده است. نتایج به دست آمده می تواند به سازوکارهای مختلف الگوی فعال سازی عضلات برای وظایف و اعمال نیروهای گوناگون اشاره کند و نیز می تواند درک قابل توجهی برای مطالعات بعدی و تمرین های بالینی در رابطه با اختلالات کمری ایجاد نماید.

کلیدواژه‌ها

• نامعینی
• سیستم اعصاب مرکزی
• فضای پوچ
• ناحیه کمری
• سیستم اسکلتی عضلانی

موضوعات

• کنترل حرکت انسان
• مدل‌سازی سیستم‌های اسکلتی عضلانی

عنوان مقاله [English]

How Does CNS Address the Kinetic Redundancy in Lumbar Spine? Three Dimensional Isometric Exertions With 18 Hill Muscle Fascicles at L4/L5 Level of Lumbar Region

نویسندگان [English]

• Ehsan Rashedi ¹
• Mohammad Reza Nassajian ²
• Bahman Nasseroleslami ³
• Mohammad Parnianpour ⁴

¹ PhD Candidate, Mechanical Engineering School, Sharif University of Technology

² MSc student, School of Mechanical Engineering, Sharif University of Technology

³ PhD Candidate, Bioengineering Unit, University of Strathclyde

⁴ Associate Professor, Mechanical Engineering School, Sharif University of Technology Professor, Department of Information and Industrial Engineering, Hanyang University - Ansan, Gyeonggi-do

چکیده [English]

Human motor system is organized for execution of various motor tasks in different and flexible ways. This is mainly achieved by the way that CNS uses the redundancy in musculoskeletal system. The kinetic redundancy in human musculoskeletal systems is a significant property by which CNS achieves many complementary goals. Following the definition and role of uncontrolled manifold for movement kinematics, the kinetic redundancy concept is explored in mathematical terms. The null space of the kinetically redundant system when certain joint Moment and/or Stiffness are needed is derived and discussed. The mathematical methods have already been developed and applied to a simpler planar model. However in this paper, the aforementioned concepts were illustrated, using a 3-dimensional 3- degree of the freedom biomechanical model of spine with 18 anatomically oriented Hill-type-model muscle fascicles. The results can shed light to the interaction mechanisms in activation patterns of muscles, seen in various tasks and exertions and can provide a significant understanding for future studies and clinical practices related to low back disorders. 

کلیدواژه‌ها [English]

• Redundancy
• Central nervous system
• Null space
• Lumbar region
• Musculoskeletal system