Эффективность перемещения предмета в зависимости от его ориентации в пространстве: кинематический анализ моторного планирования и выполнения
https://doi.org/10.17650/2222-8721-2024-14-3-38-53
Аннотация
Введение. Захват предметов рукой – одно из самых частых движений в повседневной жизни. Для его выполнения необходима подготовка, включающая когнитивные процессы выбора цели и моторного планирования.
Цель работы – исследовать влияние поворота объекта на моторное планирование с помощью эксперимента, в котором участники перемещали предметы простой геометрической формы, иногда требующие вращения под разными углами относительно вертикальной оси, а оценка движения проводилась с использованием системы кинематическ ого анализа. Мы предположили, что время реакции и время движения будут больше для задач с вращением.
Материалы и методы. В исследовании приняли участие 16 испытуемых (11 женщин и 5 мужчин), их средний возраст – 23,375 ± 2,277 года. Участники выполняли задание по перемещению правой рукой 4 объектов простой геометрической формы на соответствующие платформы, при этом периодически объект поворачивался экспериментатором на 90, 180 или 270°. Система анализа отслеживала движение трекеров, расположенных на большом и указательном пальцах правой руки испытуемого, на запястье правой руки, а также на объекте и специальных очках испытуемого.
Результаты. Для оценки влияния изменения положения предмета относительно вертикальной оси на моторное планирование данные были сгруппированы по углу поворота. Использовался однофакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями. Результаты показали статистически значимые различия:
- полное время движения в зависимости от угла поворота: F(3,45) = 5,014, p = 0,004;
- время достижения цели захвата: F(3,45) = 61,79, p = 0,001;
- время движения объекта: F(3,45) = 14,641, p = 0,001;
- время достижения максимальной апертуры захвата: F(3,45) = 8,559, p = 0,001.
Выводы. В целом наши результаты подтверждают гипотезу о том, что факт поворота объекта во время движения влияет не только на время выполнения самого движения, но и на время планирования осуществляемого движения. Планирование и выполнение движения с объектом, повернутым на 180°, оказались проще и быстрее, чем с поворотом на 90 и 270°. Тестирование позволяет выделить этапы планирования и подготовки движения при выполнении самого движения. Использование подобного подхода у пациентов с поражениями центральной нервной системы помогает в оценке и мониторинге состояния моторной функции, что важно для контроля процесса восстановления.
Об авторах
А. О. ВязьминРоссия
Александр Олегович Вязьмин
101000 Москва, ул. Мясницкая, 20
А. А. Рагимова
Россия
101000 Москва, ул. Мясницкая, 20; 125367 Москва, Волоколамское шоссе, 80
Г. Л. Си
Россия
101000 Москва, ул. Мясницкая, 20
С. Бехера
Россия
101000 Москва, ул. Мясницкая, 20
О. И. Шевцов
Россия
101000 Москва, ул. Мясницкая, 20
М. Феурра
Россия
101000 Москва, ул. Мясницкая, 20
Список литературы
1. MacKenzie C.L., Iberall T. The grasping hand. Elsevier, 1994. Pp. 3, 4.
2. Fasano A., Mazzoni A., Falotico E. Reaching and grasping movements in Parkinson’s disease: A review. J Parkinsons Dis 2022;12(4):1083–113. DOI: 10.3233/JPD-213082
3. Parry R., Macias Soria S., Pradat-Diehl P. et al. Effects of hand configuration on the grasping, holding, and placement of an instrumented object in patients with hemiparesis. Front Neurol 2019;10(240):1–15. DOI: 10.3389/fneur.2019.00240
4. Milinis K., Young C.A. Trajectories of Outcome in Neurological Conditions (TONiC) study. Systematic review of the influence of spasticity on quality of life in adults with chronic neurological conditions. Disabil Rehabil 2016;38(15):1431–41. DOI: 10.3109/09638288.2015.1106592
5. Nowak D.A. The impact of stroke on the performance of grasping: usefulness of kinetic and kinematic motion analysis. Neurosci Biobehav Rev 2008;32(8):1439–50. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2008.05.021
6. Vissani M., Palmisano C., Volkmann J. et al. Impaired reachto-grasp kinematics in parkinsonian patients relates to dopaminedependent, subthalamic beta bursts. NPJ Parkinsons Dis 2021;7(1):53. DOI: 10.1038/s41531-021-00187-6
7. Osumi M., Sumitani M., Otake Y. et al. Influence of vibrotactile random noise on the smoothness of the grasp movement in patients with chemotherapy-induced peripheral neuropathy. Exp Brain Res 2023;241(2):407–15. DOI: 10.1007/s00221-022-06532-2
8. Lu C., Bharmal A., Kiss Z.H. et al. Attention and reach-to-grasp movements in Parkinson’s disease. Exp Brain Res 2010;205(1):69–80. DOI: 10.1007/s00221-010-2341-0
9. Li X., Yin J., Li H. et al. Effects of ordered grasping movement on brain function in the performance virtual reality task: A near-infrared spectroscopy study. Front Hum Neurosci 2022;16:798416. DOI: 10.3389/fnhum.2022.798416
10. Wong A.L., Haith A.M., Krakauer J.W. Motor planning. Neuroscientist 2015;21(4):385–98. DOI: 10.1177/1073858414541484
11. Svoboda K., Li N. Neural mechanisms of movement planning: Motor cortex and beyond. Curr Opin Neurobiol 2018;49:33–41. DOI: 10.1016/j.conb.2017.10.023
12. Dagher A., Owen A.M., Boecker H. et al. Mapping the network for planning: A correlational PET activation study with the Tower of London task. Brain 1999;122(Pt 10):1973–87. DOI: 10.1093/brain/122.10.1973
13. Kakei S., Hoffman D.S., Strick P.L. Direction of action is represented in the ventral premotor cortex. Nat Neurosci 2001;4(10):1020–5. DOI: 10.1038/nn726
14. Hoshi E., Tanji J. Differential roles of neuronal activity in the supplementary and presupplementary motor areas: From information retrieval to motor planning and execution. J Neurophysiol 2004;92(6):3482–99. DOI: 10.1152/jn.00547.2004
15. Roland P.E., Larsen B., Lassen N.A. et al. Supplementary motor area and other cortical areas in organization of voluntary movements in man. J Neurophysiol 1980;43(1):118–36. DOI: 10.1152/jn.1980.43.1.118
16. Shepard R.N., Metzler J. Mental rotation of three-dimensional objects. Science 1971;171(3972):701–3. DOI: 10.1126/science.171.3972.701
17. Wohlschläger A. Mental object rotation and the planning of hand movements. Percept Psychophys 2001;63(4):709–18. DOI: 10.3758/bf03194431
18. Wexler M., Kosslyn S.M., Berthoz A. Motor processes in mental rotation. Cognition 1998;68(1):77–94. DOI: 10.1016/s0010-0277(98)00032-8
19. Cohen R.G., Rosenbaum D.A. Prospective and retrospective effects in human motor control: Planning grasps for object rotation and translation. Psychol Res 201;75(4):341–9. DOI: 10.1007/s00426-010-0311-6
20. Herbort O., Büschelberger J., Janczyk M. Preschool children adapt grasping movements to upcoming object manipulations: Evidence from a dial rotation task. J Exp Child Psychol 2018;167:62–77. DOI: 10.1016/j.jecp.2017.09.025
21. Krajenbrink H., Lust J., Wilson P. et al. Development of motor planning in children: Disentangling elements of the planning process. J Exp Child Psychol 2020;199:104945. DOI: 10.1016/j.jecp.2020.104945
22. Nishihara S., Imai F., Fujiki A. et al. Interaction between mental rotation and manual rotation with and without motor planning. Psychology 2015;6(9):1086–95. DOI: 10.4236/psych.2015.69106
23. Betti S., Zani G., Guerra S. et al. Reach-to-grasp movements: A multimodal techniques study. Front Psychol 2018;9:990. DOI: 10.3389/fpsyg.2018.00990
24. Casartelli L., Cesareo A., Biffi E. et al. Vitality form expression in autism. Sci Rep 2020;10(1):17182. DOI: 10.1038/s41598-020-73364-x
25. Ingvarsdóttir K.Ó., Balkenius C. The visual perception of material properties affects motor planning in prehension: an analysis of temporal and spatial components of lifting cups. Front Psychol 2020;11:215. DOI: 10.3389/fpsyg.2020.00215
26. Van de Kamp C., Zaal F.T. Prehension is really reaching and grasping. Exp Brain Res 2007;182(1):27–34. DOI: 10.1007/s00221-007-0968-2
27. Runnarong N., Tretriluxana J., Waiyasil W. et al. Age-related changes in reach-to-grasp movements with partial visual occlusion. PLoS One 2019;14(8):e0221320. DOI: 10.1371/journal.pone.0221320
28. Haith A.M., Pakpoor J., Krakauer J.W. Independence of movement preparation and movement initiation. J Neurosci 2016;36(10):3007–15. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3245-15.2016
29. Weinberg I. Are movement preparation and movement initiation truly independent? J Neurosci 2016;36(27):7076–8. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1135-16.2016
30. Cisek P. Cortical mechanisms of action selection: the affordance competition hypothesis. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2007;362(1485):1585–99. DOI: 10.1098/rstb.2007.2054
31. Milivojevic B., Hamm J.P., Corballis M.C. About turn: how object orientation affects categorisation and mental rotation. Neuropsychologia 2011;49(13):3758–67. DOI: 10.1016/j.neuropsychologia.2011.09.034
32. Jovanovic B., Schwarzer G. The influence of grasping habits and object orientation on motor planning in children and adults. Dev Psychobiol 2017;59(8):949–57. DOI: 10.1002/dev.21573
33. Jost L., Jansen P. Manual training of mental rotation performance: Visual representation of rotating figures is the main driver for improvements. Q J Exp Psychol (Hove) 2022;75(4):695–711. DOI: 10.1177/17470218211039494
Рецензия
Для цитирования:
Вязьмин А.О., Рагимова А.А., Си Г.Л., Бехера С., Шевцов О.И., Феурра М. Эффективность перемещения предмета в зависимости от его ориентации в пространстве: кинематический анализ моторного планирования и выполнения. Нервно-мышечные болезни. 2024;14(3):38-53. https://doi.org/10.17650/2222-8721-2024-14-3-38-53
For citation:
Vyazmin A.O., Ragimova A.A., Si G.L., Behera S., Shevtsov O.I., Feurra M. Effectiveness of an object moving depending on its orientation in the environment: a kinematic analysis of motor planning and execution. Neuromuscular Diseases. 2024;14(3):38-53. (In Russ.) https://doi.org/10.17650/2222-8721-2024-14-3-38-53