Comparación del movimiento de alcance entre sujetos Sanos y Patológicos en Neurorrehabilitación Funcional de Extremidad Superior

El presente trabajo de investigación tiene como propósito principal realizar una comparación del movimiento de alcance entre sujetos aquejados de Daño Cerebral Adquirido y el correspondiente patrón de normalidad. La finalidad de esta comparación es detectar los déficits motores que permitan posteriormente emitir una valoración funcional del movimiento como parte de un método de evaluación objetiva de la función motora. La comparación del movimiento se basa en las medidas de parámetros espaciales y de similitud. En este trabajo se han utilizado modelos de movimiento de sujetos sanos en ejecuciones de Actividades de Vida Diaria (e.g. 'servir agua de una jarra'), como punto de referencia para encontrar diferencias relevantes con respecto a los datos de movimiento de cuatro pacientes bajo un proceso de Neurorrehabilitación Funcional de Extremidad Superio

Metodologías de modelado, monitorización y asistencia robótica en neurorrehabilitación funcional de extremidad superior

La Organización Mundial de la Salud (OMS) prevé que para el año 2020, el Daño Cerebral Adquirido (DCA) estará entre las 10 causas más comunes de discapacidad. Estas lesiones, dadas sus consecuencias físicas, sensoriales, cognitivas, emocionales y socioeconómicas, cambian dramáticamente la vida de los pacientes y sus familias. Las nuevas técnicas de intervención precoz y el desarrollo de la medicina intensiva en la atención al DCA han mejorado notablemente la probabilidad de supervivencia. Sin embargo, hoy por hoy, las lesiones cerebrales no tienen ningún tratamiento quirúrgico que tenga por objetivo restablecer la funcionalidad perdida, sino que las terapias rehabilitadoras se dirigen hacia la compensación de los déficits producidos. Uno de los objetivos principales de la neurorrehabilitación es, por tanto, dotar al paciente de la capacidad necesaria para ejecutar las Actividades de Vida Diaria (AVDs) necesarias para desarrollar una vida independiente, siendo fundamentales aquellas en las que la Extremidad Superior (ES) está directamente implicada, dada su gran importancia a la hora de la manipulación de objetos. Con la incorporación de nuevas soluciones tecnológicas al proceso de neurorrehabilitación se pretende alcanzar un nuevo paradigma centrado en ofrecer una práctica personalizada, monitorizada y ubicua con una valoración continua de la eficacia y de la eficiencia de los procedimientos y con capacidad de generar conocimientos que impulsen la ruptura del paradigma de actual. Los nuevos objetivos consistirán en minimizar el impacto de las enfermedades que afectan a la capacidad funcional de las personas, disminuir el tiempo de incapacidad y permitir una gestión más eficiente de los recursos. Estos objetivos clínicos, de gran impacto socio-económico, sólo pueden alcanzarse desde una apuesta decidida en nuevas tecnologías, metodologías y algoritmos capaces de ocasionar la ruptura tecnológica necesaria que permita superar las barreras que hasta el momento han impedido la penetración tecnológica en el campo de la rehabilitación de manera universal. De esta forma, los trabajos y resultados alcanzados en la Tesis son los siguientes: 1. Modelado de AVDs: como paso previo a la incorporación de ayudas tecnológicas al proceso rehabilitador, se hace necesaria una primera fase de modelado y formalización del conocimiento asociado a la ejecución de las actividades que se realizan como parte de la terapia. En particular, las tareas más complejas y a su vez con mayor repercusión terapéutica son las AVDs, cuya formalización permitirá disponer de modelos de movimiento sanos que actuarán de referencia para futuros desarrollos tecnológicos dirigidos a personas con DCA. Siguiendo una metodología basada en diagramas de estados UML se han modelado las AVDs 'servir agua de una jarra' y 'coger un botella' 2. Monitorización ubícua del movimiento de la ES: se ha diseñado, desarrollado y validado un sistema de adquisición de movimiento basado en tecnología inercial que mejora las limitaciones de los dispositivos comerciales actuales (coste muy elevado e incapacidad para trabajar en entornos no controlados); los altos coeficientes de correlación y los bajos niveles de error obtenidos en los corregistros llevados a cabo con el sistema comercial BTS SMART-D demuestran la alta precisión del sistema. También se ha realizado un trabajo de investigación exploratorio de un sistema de captura de movimiento de coste muy reducido basado en visión estereoscópica, habiéndose detectado los puntos clave donde se hace necesario incidir desde un punto de vista tecnológico para su incorporación en un entorno real 3. Resolución del Problema Cinemático Inverso (PCI): se ha diseñado, desarrollado y validado una solución al PCI cuando el manipulador se corresponde con una ES humana estudiándose 2 posibles alternativas, una basada en la utilización de un Perceptrón Multicapa (PMC) y otra basada en sistemas Artificial Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS). La validación, llevada a cabo utilizando información relativa a los modelos disponibles de AVDs, indica que una solución basada en un PMC con 3 neuronas en la capa de entrada, una capa oculta también de 3 neuronas y una capa de salida con tantas neuronas como Grados de Libertad (GdLs) tenga el modelo de la ES, proporciona resultados, tanto de precisión como de tiempo de cálculo, que la hacen idónea para trabajar en sistemas con requisitos de tiempo real 4. Control inteligente assisted-as-needed: se ha diseñado, desarrollado y validado un algoritmo de control assisted-as-needed para una ortesis robótica con capacidades de actuación anticipatoria de la que existe un prototipo implementado en la actualidad. Los resultados obtenidos demuestran cómo el sistema es capaz de adaptarse al perfil disfuncional del paciente activando la ayuda en instantes anteriores a la ocurrencia de movimientos incorrectos. Esta estrategia implica un aumento en la participación del paciente y, por tanto, en su actividad muscular, fomentándose los procesos la plasticidad cerebral responsables del reaprendizaje o readaptación motora 5. Simuladores robóticos para planificación: se propone la utilización de un simulador robótico assisted-as-needed como herramienta de planificación de sesiones de rehabilitación personalizadas y con un objetivo clínico marcado en las que interviene una ortesis robotizada. Los resultados obtenidos evidencian como, tras la ejecución de ciertos algoritmos sencillos, es posible seleccionar automáticamente una configuración para el algoritmo de control assisted-as-needed que consigue que la ortesis se adapte a los criterios establecidos desde un punto de vista clínico en función del paciente estudiado. Estos resultados invitan a profundizar en el desarrollo de algoritmos más avanzados de selección de parámetros a partir de baterías de simulaciones Estos trabajos han servido para corroborar las hipótesis de investigación planteadas al inicio de la misma, permitiendo, asimismo, la apertura de nuevas líneas de investigación. Summary The World Health Organization (WHO) predicts that by the year 2020, Acquired Brain Injury (ABI) will be among the ten most common ailments. These injuries dramatically change the life of the patients and their families due to their physical, sensory, cognitive, emotional and socio-economic consequences. New techniques of early intervention and the development of intensive ABI care have noticeably improved the survival rate. However, in spite of these advances, brain injuries still have no surgical or pharmacological treatment to re-establish the lost functions. Neurorehabilitation therapies address this problem by restoring, minimizing or compensating the functional alterations in a person disabled because of a nervous system injury. One of the main objectives of Neurorehabilitation is to provide patients with the capacity to perform specific Activities of the Daily Life (ADL) required for an independent life, especially those in which the Upper Limb (UL) is directly involved due to its great importance in manipulating objects within the patients' environment. The incorporation of new technological aids to the neurorehabilitation process tries to reach a new paradigm focused on offering a personalized, monitored and ubiquitous practise with continuous assessment of both the efficacy and the efficiency of the procedures and with the capacity of generating new knowledge. New targets will be to minimize the impact of the sicknesses affecting the functional capabilitiies of the subjects, to decrease the time of the physical handicap and to allow a more efficient resources handling. These targets, of a great socio-economic impact, can only be achieved by means of new technologies and algorithms able to provoke the technological break needed to beat the barriers that are stopping the universal penetration of the technology in the field of rehabilitation. In this way, this PhD Thesis has achieved the following results: 1. ADL Modeling: as a previous step to the incorporation of technological aids to the neurorehabilitation process, it is necessary a first modelling and formalization phase of the knowledge associated to the execution of the activities that are performed as a part of the therapy. In particular, the most complex and therapeutically relevant tasks are the ADLs, whose formalization will produce healthy motion models to be used as a reference for future technological developments. Following a methodology based on UML state-chart diagrams, the ADLs 'serving water from a jar' and 'picking up a bottle' have been modelled 2. Ubiquitous monitoring of the UL movement: it has been designed, developed and validated a motion acquisition system based on inertial technology that improves the limitations of the current devices (high monetary cost and inability of working within uncontrolled environments); the high correlation coefficients and the low error levels obtained throughout several co-registration sessions with the commercial sys- tem BTS SMART-D show the high precision of the system. Besides an exploration of a very low cost stereoscopic vision-based motion capture system has been carried out and the key points where it is necessary to insist from a technological point of view have been detected 3. Inverse Kinematics (IK) problem solving: a solution to the IK problem has been proposed for a manipulator that corresponds to a human UL. This solution has been faced by means of two different alternatives, one based on a Mulilayer Perceptron (MLP) and another based on Artificial Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS). The validation of these solutions, carried out using the information regarding the previously generated motion models, indicate that a MLP-based solution, with an architecture consisting in 3 neurons in the input layer, one hidden layer of 3 neurons and an output layer with as many neurons as the number of Degrees of Freedom (DoFs) that the UL model has, is the one that provides the best results both in terms of precission and in terms of processing time, making in idoneous to be integrated within a system with real time restrictions 4. Assisted-as-needed intelligent control: an assisted-as-needed control algorithm with anticipatory actuation capabilities has been designed, developed and validated for a robotic orthosis of which there is an already implemented prototype. Obtained results demonstrate that the control system is able to adapt to the dysfunctional profile of the patient by triggering the assistance right before an incorrect movement is going to take place. This strategy implies an increase in the participation of the patients and in his or her muscle activity, encouraging the neural plasticity processes in charge of the motor learning 5. Planification with a robotic simulator: in this work a robotic simulator is proposed as a planification tool for personalized rehabilitation sessions under a certain clinical criterium. Obtained results indicate that, after the execution of simple parameter selection algorithms, it is possible to automatically choose a specific configuration that makes the assisted-as-needed control algorithm to adapt both to the clinical criteria and to the patient. These results invite researchers to work in the development of more complex parameter selection algorithms departing from simulation batteries Obtained results have been useful to corroborate the hypotheses set out at the beginning of this PhD Thesis. Besides, they have allowed the creation of new research lines in all the studied application fields.

Interacción con juguetes para usuarios con discapacidad usando equipos con S.O. Android

El proyecto realizado, trata de una aplicación desarrollada en la plataforma Android, orientada a personas con algún tipo de discapacidad sensorial o psíquica. Dicha aplicación fomenta el uso y la integración de dispositivos móviles en este tipo de sector de población. Está pensada, para que, un usuario con discapacidad, pueda interactuar con ella y de forma transparente a él, se ha creado un sistema mediante el cual, se registra todo el comportamiento que ese usuario ha tenido durante el tiempo de uso de la aplicación, con el fin de llevar un seguimiento del mismo; evaluar si existen cambios en él; determinar si son necesarios algunos cambios en la aplicación que favorezcan una mejoría en cuanto al uso y consecución de resultados en el paciente, etc. Se ha combinado el uso de una aplicación instalada sobre un sistema operativo de libre distribución, concretamente Android, con un juguete de código abierto, como es Sphero. Eso ha permito el desarrollo de una aplicación perfectamente ajustada a los requisitos funcionales definidos, con una robustez y eficiencia similar a una aplicación de sistemas operativos móviles cerrados. Es importarte remarcar, que la primera finalidad de este proyecto es ofrecer la posibilidad de usar un juguete, como Sphero, que está orientado a un sector de población sin discapacidad, haciendo uso de cualquier dispositivo móvil, a personas con diferentes grados de discapacidad sensorial, motora y psíquica. Siempre clarificando, que no existe la posibilidad de usar esta aplicación para cualquier tipo y grado de discapacidad, ya que, ello supondría, un proyecto de una envergadura enorme. El hecho de usar un dispositivo móvil, es un derecho, que todos tenemos. Y por ello, se espera que tras la lectura y comprensión de este proyecto, se motive a los lectores a seguir desarrollando aplicaciones para que cualquier usuario, con discapacidad o no, tenga las mismas oportunidades de interactuación con dispositivos móviles. The carried out project, is an application developed on the Android platform , aimed at people with some kind of sensory or mental disability . This application encourages the use and integration of mobile devices in this type of population sector. It is designed to be interacted by a disable person and transparently to that user, it has been created a system by which all behavior, that user has had during the time of use of the application, is recorded, that’s to keep track of it ; assess whether there are changes in it, determine if changes are needed in the application that favor an improvement in the use and achieving patient outcomes , etc. . It has combined the use of an application installed on an open source operating system, namely Android, an open source toy , as is Sphero . That has made it possible to develop an application perfectly adjusted to the functional requirements defined with a robustness and efficiency similar to a mobile OS application closed. It is important to note, that the first aim of this project is to offer the possibility of using a toy, like Sphero , which is geared to a sector of the population without disabilities , using any mobile device , for people with different degrees of sensory impairment , motor and mental . Always clarifying that there is no possibility to use this application for any type and degree of disability, because the magnitude of the project would have been infinitely greater. The fact of using a mobile device, is a right we all have. And so, it is expected that upon reading and understanding of this project, motivate readers to continue developing applications for any user , disabled or not, have the same opportunities for interaction with mobile devices .

Towards an Active Design. An Approach on the Body Interaction with the Built Environment.

El impacto de la tecnología en el ambiente construido y en las actividades en él desarrolladas, es una de las causas de la progresiva sedentarización de la especie humana. Desde un enfoque que analiza la interacción del cuerpo con la arquitectura, a través de distintas referencias en escalas diversas, esta investigación intenta establecer la relación entre la evolución del ambiente pasivo y la sedentarización, proponiendo frente a un espacio mecanizado y digitalizado que disminuye la actividad física humana, la búsqueda de nuevos tipos de espacios arquitectónicos que promuevan el movimiento repercutiendo en el bienestar y la salud. Esta tesis estudia por tanto el impacto de la tecnología en el espacio, intentando aproximarse a estrategias que disminuyan el efecto pasivo y estimulen la actividad motora. Estas propuestas abarcan tanto la ciudad, como la edificación y el propio espacio doméstico afectando a los sistemas de circulación, a la configuración espacial y sobre todo a la incorporación de ”espacios activos”, en donde se contempla la posibilidad de un uso alternativo de la tecnología como un elemento positivo.

Propuesta de valoración de la condición biológica en jugadoras Sub-13 de la Comunidad de Madrid

En el presente trabajo, las jugadoras de fútbol de la categoría Sub-13 fueron sometidas a diferentes pruebas de valoración a lo largo de la temporada 2013/2014 con el objetivo de determinar su condición biológica y además, conocer la evolución de su rendimiento deportivo y de su salud. Para dar cumplimiento a estos objetivos, se plantearon una serie de pruebas que permitiesen valorar la condición motora y fisiológica. Siguiendo ese orden, fueron medidas utilizando el Yo-Yo Intermittent Recovery Test 1 (resistencia), Counter Movement Jump (fuerza explosiva), test de velocidad de 30 metros lanzados, Zig-Zag Run Test (agilidad) y goniometría de cadera (flexibilidad). La muestra estuvo conformada por 11 niñas que practican fútbol durante 1 hora 2 días a la semana y con rangos de edad entre 12 y 13 años.

Desarrollo del teclado virtual “Mokey” basado en gestos para personas con movilidad reducida: capa de sistema

La Realidad Aumentada forma parte de múltiples proyectos de investigación desde hace varios años. La unión de la información del mundo real y la información digital ofrece un sinfín de posibilidades. Las más conocidas van orientadas a los juegos pero, gracias a ello, también se pueden implementar Interfaces Naturales. En otras palabras, conseguir que el usuario maneje un dispositivo electrónico con sus propias acciones: movimiento corporal, expresiones faciales, etc. El presente proyecto muestra el desarrollo de la capa de sistema de una Interfaz Natural, Mokey, que permite la simulación de un teclado mediante movimientos corporales del usuario. Con esto, se consigue que cualquier aplicación de un ordenador que requiera el uso de un teclado, pueda ser usada con movimientos corporales, aunque en el momento de su creación no fuese diseñada para ello. La capa de usuario de Mokey es tratada en el proyecto realizado por Carlos Lázaro Basanta. El principal objetivo de Mokey es facilitar el acceso de una tecnología tan presente en la vida de las personas como es el ordenador a los sectores de la población que tienen alguna discapacidad motora o movilidad reducida. Ya que vivimos en una sociedad tan informatizada, es esencial que, si se quiere hablar de inclusión social, se permita el acceso de la actual tecnología a esta parte de la población y no crear nuevas herramientas exclusivas para ellos, que generarían una situación de discriminación, aunque esta no sea intencionada. Debido a esto, es esencial que el diseño de Mokey sea simple e intuitivo, y al mismo tiempo que esté dotado de la suficiente versatilidad, para que el mayor número de personas discapacitadas puedan encontrar una configuración óptima para ellos. En el presente documento, tras exponer las motivaciones de este proyecto, se va a hacer un análisis detallado del estado del arte, tanto de la tecnología directamente implicada, como de otros proyectos similares. Se va prestar especial atención a la cámara Microsoft Kinect, ya que es el hardware que permite a Mokey detectar la captación de movimiento. Tras esto, se va a proceder a una explicación detallada de la Interfaz Natural desarrollada. Se va a prestar especial atención a todos aquellos algoritmos que han sido implementados para la detección del movimiento, así como para la simulación del teclado. Finalmente, se va realizar un análisis exhaustivo del funcionamiento de Mokey con otras aplicaciones. Se va a someter a una batería de pruebas muy amplia que permita determinar su rendimiento en las situaciones más comunes. Del mismo modo, se someterá a otra batería de pruebas destinada a definir su compatibilidad con los diferentes tipos de programas existentes en el mercado. Para una mayor precisión a la hora de analizar los datos, se va a proceder a comparar Mokey con otra herramienta similar, FAAST, pudiendo observar de esta forma las ventajas que tiene una aplicación especialmente pensada para gente discapacitada sobre otra que no tenía este fin. ABSTRACT. During the last few years, Augmented Reality has been an important part of several research projects, as the combination of the real world and the digital information offers a whole new set of possibilities. Among them, one of the most well-known possibilities are related to games by implementing Natural Interfaces, which main objective is to enable the user to handle an electronic device with their own actions, such as corporal movements, facial expressions… The present project shows the development of Mokey, a Natural Interface that simulates a keyboard by user’s corporal movements. Hence, any application that requires the use of a keyboard can be handled with this Natural Interface, even if the application was not designed in that way at the beginning. The main objective of Mokey is to simplify the use of the computer for those people that are handicapped or have some kind of reduced mobility. As our society has been almost completely digitalized, this kind of interfaces are essential to avoid social exclusion and discrimination, even when it is not intentional. Thus, some of the most important requirements of Mokey are its simplicity to use, as well as its versatility. In that way, the number of people that can find an optimal configuration for their particular condition will grow exponentially. After stating the motivations of this project, the present document will provide a detailed state of the art of both the technologies applied and other similar projects, highlighting the Microsoft Kinect camera, as this hardware allows Mokey to detect movements. After that, the document will describe the Natural Interface that has been developed, paying special attention to the algorithms that have been implemented to detect movements and synchronize the keyboard. Finally, the document will provide an exhaustive analysis of Mokey’s functioning with other applications by checking its behavior with a wide set of tests, so as to determine its performance in the most common situations. Likewise, the interface will be checked against another set of tests that will define its compatibility with different softwares that already exist on the market. In order to have better accuracy while analyzing the data, Mokey’s interface will be compared with a similar tool, FAAST, so as to highlight the advantages of designing an application that is specially thought for disabled people.

Análisis de la marcha: evaluación de un exoesqueleto aplicado a la marcha asistida

La marcha humana es el mecanismo de locomoción por el cual el cuerpo humano se traslada en línea recta gracias a una serie de movimientos coordinados de la pelvis y de las articulaciones del miembro inferior. Frecuentemente se encuentra influenciada por factores biomecánicos, anatómicos o patologías del sistema neuromusculoesquelético que modifican la forma de caminar de cada individuo. La lesión de médula espinal es una de las patologías que afectan el desarrollo normal de los patrones de la marcha por alteración de la movilidad, de la sensibilidad o del sistema nervioso autónomo. Aunque la lesión medular afecta otras funciones, además de la pérdida de función motora y sensorial, la recuperación de la capacidad de caminar es la mayor prioridad identificada por los pacientes durante la rehabilitación. Por ello, el desarrollo de dispositivos que faciliten la rehabilitación o compensación de la marcha es uno de los principales objetivos de diferentes grupos de investigación y empresas. En el contexto del proyecto Hybrid Technological Platform for Rehabilitation, Functional Compensation and Training of Gait in Spinal Cord Injury Patients se ha desarrollado un dispositivo que combina una órtesis activa (exoesqueleto) y un andador motorizado. Este sistema, como otros dispositivos, tiene el movimiento humano como estándar de referencia, no obstante no se evalúa de manera habitual, cómo es el patrón de la marcha reproducido y su similitud o diferencias con la marcha humana, o las modificaciones o adaptaciones en la interacción con el cuerpo del paciente. El presente estudio trata de examinar las características de la marcha normal en diversos grupos de población, y las diferencias con el patrón de marcha lenta. Finalmente, se pretende evaluar qué modificaciones y adaptaciones sufre el patrón de marcha lenta teórico al ser reproducido por el exoesqueleto. La presente investigación consiste en un estudio cuantitativo transversal desarrollado en dos etapas: estudio 1 y estudio 2. En el estudio 1 se analizó el patrón de la marcha a velocidad libremente seleccionada (normal) y el patrón de la marcha a velocidad lenta (0.25m/s) en 62 sujetos distribuidos en grupos considerando el sexo y los percentiles 25, 50 y 75 de estatura de la población española. Durante el estudio 2 se analizó el patrón de la marcha lenta reproducido por el dispositivo Hybrid a diferentes porcentajes de peso corporal (30%, 50% y 70%) en diez sujetos seleccionados aleatoriamente de la muestra del estudio 1. En ambos estudios se obtuvieron variables espacio-temporales y cinemáticas mediante un sistema de captura de movimiento con 6 cámaras distribuidas a lo largo de un pasillo de marcha. Se calcularon las medias, las desviaciones estándar y el 95% de intervalo de confianza, y el nivel alfa de significación se estableció en α=0.05 para todas las pruebas estadísticas. Las principales diferencias en el patrón normal de la marcha se encontraron en los parámetros cinemáticos de hombres y mujeres, aunque también se presentaron diferencias entre los grupos en función de la estatura. Las mujeres mostraron mayor flexión de cadera y rodilla, y mayor extensión de tobillo que los hombres durante el ciclo normal, aunque la basculación lateral de la pelvis, mayor en las mujeres, y el desplazamiento lateral del centro de gravedad, mayor en los hombres, fueron los parámetros identificados como principales discriminantes entre sexos. La disminución de la velocidad de la marcha mostró similares adaptaciones y modificaciones en hombres y en mujeres, presentándose un aumento de la fase de apoyo y una disminución de la fase de oscilación, un retraso de los máximos y mínimos de flexoextensión de cadera, rodilla y tobillo, y una disminución del rango articular en las tres articulaciones. Asimismo, la basculación lateral de la pelvis y el movimiento vertical del centro de gravedad disminuyeron, mientras que el movimiento lateral del centro de gravedad y el ancho de paso aumentaron. Durante la evaluación del patrón de la marcha reproducido por el exoesqueleto se observó que las tres articulaciones del miembro inferior disminuían el rango de movimiento por la falta de fuerza de los motores para contrarrestar el peso corporal, incluso con un 70% de descarga de peso. Además, la transferencia de peso se encontró limitada por la falta de movimiento de la pelvis en el plano frontal y se sustituyó por un aumento de la inclinación del tronco y, por tanto, del movimiento lateral del centro de gravedad. Este hecho, junto al aumento del desplazamiento vertical del centro de gravedad, hizo del patrón de la marcha reproducido por el exoesqueleto un movimiento poco eficiente. En conclusión, se establecen patrones de marcha normal diferenciados por sexos, siendo la basculación lateral de la pelvis y el movimiento lateral del centro de gravedad los parámetros discriminantes más característicos entre sexos. Comparando la marcha a velocidad libremente seleccionada y la velocidad lenta, se concluye que ambos sexos utilizan estrategias similares para adaptar el patrón de la marcha a una velocidad lenta y se mantienen las características diferenciadoras entre hombres y mujeres. En relación a la evaluación del dispositivo Hybrid, se deduce que la falta de movimiento lateral de la pelvis condiciona la transferencia de peso y el aumento del rango de movimiento del centro de gravedad y, en consecuencia, tiene como resultado un patrón de la marcha poco eficiente. Este patrón no resultaría indicado para los procesos de rehabilitación o recuperación de la marcha, aunque podría considerarse adecuado para la compensación funcional de la bipedestación y la locomoción. ABSTRACT The human walking is a means of moving body forward using a repetitious and coordinated sequence of pelvis and lower limb motions. It is frequently influenced by biomechanical and anatomical factors or by musculoskeletal pathologies which modify the way of walking. The spinal injury is one of those pathologies which affect the normal pattern of walking, due to the alteration of the mobility, the sensory or the autonomic nervous system. Although the spinal injury affects many other body functions, apart from the motor and sensory ones, the main priority for patients is to recover the ability of walking. Consequently, the main objective of many research groups and private companies is the development of rehabilitation and compensation devices for walking. In this context, the Hybrid Technological Platform for Rehabilitation, Functional Compensation and Training of Gait in Spinal Cord Injury Patients project has developed a device which integrates an exoskeleton and a motorized smart walker. This system, as other similar devices, has the human movement as standard reference. Nevertheless, these devices are not usually evaluated on the way they reproduce the normal human pattern or on the modifications and in the interactions with the patient’s body. The aim of the present study is to examine the normal walking characteristics, to analyze the differences between self-selected and low speed walking patterns, and to evaluate the modifications and adaptations of walking pattern when it is reproduced by the exoskeleton. The present research is a quantitative cross-sectional study carried out in two phases: study 1 and study 2. During the study 1, the self-selected and the low speed (0.25m/s) walking patterns were analyzed in sixty-two people distributed in groups, according to sex and 25th, 50th and 75th percentiles of height for Spanish population. The study 2 analyzed the low speed walking pattern reproduced by the Hybrid system in three conditions: 30%, 50% and 70% of body weight support. To do this, ten subjects were randomly selected and analyzed from the people of study 1. An optoelectronic system with six cameras was used to obtain spatial, temporal and kinematic parameters in both studies. Means, standard deviations and 95% confidence intervals of the study were calculated. The alpha level of significance was set at α=0.05 for all statistical tests. The main differences in normal gait pattern were found in kinematic parameters between men and women. The hip and the knee were more flexed and the ankle plantar flexion was higher in women than in men during normal gait cycle. Although the greater pelvic obliquity of women and the higher lateral movement of center of gravity of men were the most relevant discriminators between male and female gait patterns. Comparing self-selected and low speed walking patterns, both sexes showed similar adaptations and modifications. At low speed walking, men and women increased the stance phase ratio and decreased the swing phase ratio. The maximum and minimum peak flexion of hip, knee and ankle appeared after and the range of motion of them decreased during low speed walking. Furthermore, the pelvic obliquity and the vertical movement of the center of gravity decreased, whereas the lateral movement of center of gravity and step width increased. Evaluating the gait pattern reproduced by the exoskeleton, a decrease of lower limb range of motion was observed. This was probably due to the lack of strength of the engines, which were not able to control the body weight, even with the 70% supported. Moreover, the weight transfer from one limb to the contralateral side was restricted due to the lack of pelvis obliquity. This movement deficiency was replaced by the lateral torso sway and, consequently, the increase of lateral movement of the center of gravity. This fact, as well as the increase of the vertical displacement of the center of gravity, made inefficient the gait pattern reproduced by the exoskeleton. In conclusion, different gait patterns of both sexes have been determined, being pelvis obliquity and lateral movement of center of gravity the most relevant discriminators between male and female gait patterns. Comparing self-selected and low speed walking patterns, it was concluded that both sexes use similar strategies for adapting the gait pattern to a low speed, and therefore, the differentiating characteristics of normal gait are maintained. Regarding the Hybrid system evaluation, it was determined that the gait pattern reproduced by the exoskeleton is inefficient. This was due to the lack of pelvis obliquity and the increase of the center of gravity displacement. Consequently, whereas the walking pattern reproduced by the exoskeleton would not be appropriated for the rehabilitation process, it could be considered suitable for functional compensation of walking and standing.

USO DO BRINQUEDO NO ATENDIMENTO FISIOTERAPÊUTICO DE CRIANÇAS COM PARALISIA CEREBRAL

A paralisia cerebral, doença não progressiva, compromete movimentos e postura. A fisioterapia atual volta-se para um tratamento holístico. Brincar proporciona desenvolvimento neuropsicomotor. O presente estudo tem como objetivos investigar a opinião de fisioterapeutas que atuam em neuropediatria sobre a utilização do brinquedo em sua prática clínica e verificar sua possível utilização em intervenções junto a crianças com paralisia cerebral. Utiliza-se inicialmente de questionário de opinião junto a 50 fisioterapeutas das diversas clínicas da Associação de Apoio a Criança com Deficiência, AACD - SP, verificando a utilização de brinquedos face aos diversos objetivos fisioterapeuticos; a seguir, realiza observação de 60 atendimentos, em fisioterapia aquática e de solo, de crianças com paralisia cerebral, identificando a utilização de cada categoria de brinquedo relativo ao objetivo terapêutico. Os dados obtidos no questionário revelaram em ordem decrescente utilização de: brinquedos sensório-motores 57,4%, para ganho de equilíbrio (E); 22,2% para coordenação motora (CM); 18,5% para aquisições posturais (AP) e 2% para relaxamento muscular (RM). Em relação aos jogos de faz-de-conta: 37% (E); 39% (AP) e 24% (CM).Para os jogos de regras: 54% (E); 35% (CM); 11% (AP). Com os jogos de montagem: 52% (CM); 24% (E); 24% (AP). Os dados da observação revelaram que os principais objetivos terapêuticos visados com utilização de brinquedos foram: alongamento, primeiro 10 ; fortalecimento muscular, equilíbrio e treino de marcha de 10 a 40 . Quanto à modalidade de brinquedo observada houve predomínio do faz de conta no início e no fim da sessão e das demais categorias no meio, de forma intercalada. Os dados da observação coincidiram com os do questionário revelando utilização sistemática de brinquedos com objetivos fisioterapeuticos.(AU)

USO DO BRINQUEDO NO ATENDIMENTO FISIOTERAPÊUTICO DE CRIANÇAS COM PARALISIA CEREBRAL

A paralisia cerebral, doença não progressiva, compromete movimentos e postura. A fisioterapia atual volta-se para um tratamento holístico. Brincar proporciona desenvolvimento neuropsicomotor. O presente estudo tem como objetivos investigar a opinião de fisioterapeutas que atuam em neuropediatria sobre a utilização do brinquedo em sua prática clínica e verificar sua possível utilização em intervenções junto a crianças com paralisia cerebral. Utiliza-se inicialmente de questionário de opinião junto a 50 fisioterapeutas das diversas clínicas da Associação de Apoio a Criança com Deficiência, AACD - SP, verificando a utilização de brinquedos face aos diversos objetivos fisioterapeuticos; a seguir, realiza observação de 60 atendimentos, em fisioterapia aquática e de solo, de crianças com paralisia cerebral, identificando a utilização de cada categoria de brinquedo relativo ao objetivo terapêutico. Os dados obtidos no questionário revelaram em ordem decrescente utilização de: brinquedos sensório-motores 57,4%, para ganho de equilíbrio (E); 22,2% para coordenação motora (CM); 18,5% para aquisições posturais (AP) e 2% para relaxamento muscular (RM). Em relação aos jogos de faz-de-conta: 37% (E); 39% (AP) e 24% (CM).Para os jogos de regras: 54% (E); 35% (CM); 11% (AP). Com os jogos de montagem: 52% (CM); 24% (E); 24% (AP). Os dados da observação revelaram que os principais objetivos terapêuticos visados com utilização de brinquedos foram: alongamento, primeiro 10 ; fortalecimento muscular, equilíbrio e treino de marcha de 10 a 40 . Quanto à modalidade de brinquedo observada houve predomínio do faz de conta no início e no fim da sessão e das demais categorias no meio, de forma intercalada. Os dados da observação coincidiram com os do questionário revelando utilização sistemática de brinquedos com objetivos fisioterapeuticos.(AU)

Como estamos indo? Estudo do deslocamento ativo no Brasil

Introdução: O deslocamento ativo tem estreita relação com problemas de saúde pública da atualidade e sua promoção pode contribuir para melhorias quanto à mobilidade urbana, estado de saúde e proteção do meio ambiente. Entretanto, a maior parte das pesquisas sobre o tema tem sido desenvolvida em países de renda alta. A presente tese busca ampliar a investigação sobre o deslocamento ativo no Brasil. Objetivos: i) Descrever a frequência, a distribuição e a variação temporal de indicadores do deslocamento ativo em populações brasileiras; ii) Avaliar o impacto de mudanças no padrão de transporte da população sobre o deslocamento ativo, o tempo sedentário e desfechos de saúde em populações brasileiras. Métodos: Tese composta por sete manuscritos. O primeiro apresenta revisão sistemática de estudos com informações sobre a prática de deslocamento ativo na América Latina e Caribe; o segundo descreve estimativas representativas da população brasileira sobre a prática de deslocamento ativo para o trabalho; o terceiro e o quarto descrevem a frequência e tendência temporal do deslocamento ativo na Região Metropolitana de São Paulo (ciclistas e escolares); o quinto discute a questão da mobilidade urbana e do direito à cidade em São Paulo; o sexto e o sétimo avaliam o impacto de mudanças no padrão de mobilidade da metrópole paulistana sobre a prática de deslocamento ativo, tempo não-ativo de deslocamento e tempo total de deslocamento, bem como sobre a poluição do ar e saúde da população. Resultados: A prevalência mediana de deslocamento ativo encontrada em diferentes locais do Brasil foi de 12 por cento , variando entre 5,1 por cento em Palmas (Tocantins) a 58,9 por cento em Rio Claro (São Paulo) (Manuscrito 1). Um terço dos homens e das mulheres desloca-se a pé ou de bicicleta de casa para o trabalho no país. Em ambos os sexos, esta proporção diminui com o aumento da renda e da escolaridade e é maior entre os mais jovens, entre os que residem em áreas rurais, e na região Nordeste. Em todas as regiões metropolitanas estudadas, o quinto das pessoas de menor renda apresenta uma maior frequência de deslocamento ativo (Manuscrito 2). Entre os anos de 2007 e 2012, observamos redução no número de ciclistas em São Paulo e diferenças expressivas na proporção de ciclistas entre homens e mulheres (9,7 por mil habitantes versus 1,4 por mil habitantes em 2012) (Manuscrito 3). Também verificamos uma queda na proporção de crianças que se deslocam ativamente para a escola entre os anos de 1997 e 2012 (Manuscrito 4). O cenário epidemiológico do deslocamento ativo no país é resultante da disputa pelo direito à cidade, com repercussões na transição de mobilidade humana e na saúde e qualidade de vida da população, como podemos observar no caso de São Paulo (Manuscrito 5). A construção de uma São Paulo mais inclusiva, com menores distâncias para os deslocamentos cotidianos e maior frequência de caminhada e bicicleta, levaria à substancial redução do tempo total e do tempo sedentário despendidos nos deslocamentos, sem diminuir a duração do deslocamento ativo (Manuscrito 6). Traria também ganhos à saúde da população, sobretudo pelo aumento da prática de atividade física e da redução da poluição do ar (Manuscrito 7). Conclusões: A prática de deslocamento ativo no Brasil apresenta marcadas diferenças segundo região e características sociodemográficas. De um modo geral, esta prática vem diminuindo no país, o que deve contribuir negativamente para a saúde da população. A promoção de cidades mais inclusivas e compactas, com o favorecimento a modos ativos de deslocamento, pode contribuir para reverter esta preocupante tendência.

Dopamine signaling is essential in cognitive process and motor performance

La dopamina es uno de los principales neurotransmisores del sistema nervioso central y desempeña un papel esencial en diferentes funciones: neuroendocrinas, motivacionales/emocionales y, especialmente, motoras y cognitivas. Las funciones de la dopamina están media-das en gran medida por la estimulación de sus principales receptores D1 (D1R) y D2 (D2R). En esta tesis hemos estudiado el papel que ambos receptores desempeñan en los procesos de apren-dizaje y memoria, así como la regulación que ejercen sobre las neuronas estriatales TH-immunoreactivas (TH-ir) y su posible implicación en la respuesta motora. Para abordar este proyecto hemos utilizado ratones knock-out para el receptor D1 (Drd1a-/-) y D2 (Drd2-/-) ya que no existen compuestos farmacológicos capaces de diferenciar eficazmente entre receptores dopaminérgicos de la misma familia. Además, para el estudio de las neuronas TH-ir realizamos lesiones con 6-OHDA a ratones que posteriormente recibieron un tratamiento crónico con L-DOPA, siendo este el mecanismo más eficaz para inducir la expresión de las neuronas TH-ir objeto de nuestro estudio. Para completar todo ello realizamos test conductuales que evalúan respuesta motora, como el test del cilindro, y diferentes tipos de aprendizaje y me-moria para los cuales utilizamos test específicos. Entre estos test se encuentran: los laberintos de Barnes y Morris para memoria espacial, evitación activa/pasiva y condicionamiento del mie-do para el aprendizaje asociativo, y el reconocimiento de objetos para la memoria de reconoci-miento...

O uso da percepção subjetiva do esforço da sessão no controle da progressão da carga do treinamento de força: uma alternativa ao modelo tradicional

O objetivo deste estudo foi investigar se a progressão da carga do treinamento de força (TF) de acordo com a monitoração da percepção subjetiva do esforço da sessão (PSE da sessão) pode ser mais eficaz no desenvolvimento da força motora e hipertrofia muscular em relação ao modelo tradicional de prescrição do TF baseado apenas na carga externa do treinamento. Métodos: Vinte sujeitos do sexo masculino com experiência prévia em treinamento de força (5,4± 4,1 anos) foram submetidos a seis semanas de TF no exercício agachamento (2x/sem.). Os sujeitos foram separados em dois grupos: i) grupo progressão linear da carga de treinamento (PL, n=10), que seguiu um modelo pré-determinado de progressão da carga do TF, com incrementos realizados a cada duas semanas de treino, partindo do protocolo A em direção ao protocolo C (protocolo A= 2x12-15RM; protocolo B= 4x8-10RM e protocolo C= 6x4-6RM) e; ii) grupo PSE (PSE, n=10), que progrediu a carga do TF de acordo com os escores da PSE da sessão partindo do protocolo A, na primeira sessão de treino, com incremento de carga (i.e., do protocolo A para protocolo B ou do protocolo B em direção ao protocolo C) quando os escores de PSE da sessão estivessem abaixo de 6 (i.e., <=5). Mantendo o protocolo do próximo treino caso os escores da PSE da sessão estivessem entre 6 e 8 e diminuindo em uma série o protocolo da sessão seguinte caso os escores da PSE da sessão estivessem por duas vezes consecutivas acima de 8 (i.e., >=9) até que a resposta perceptiva voltasse as classificações entre 6 e 8. As avaliações de força máxima dinâmica (1-RM) e de área de secção transversa muscular (ASTM) foram realizadas antes (pré) a pós o período experimental (pós). Resultados: Ambos os grupos aumentaram de forma semelhante os valores de 1-RM (PL: p<0,0001 e PSE: p<0,0001) a ASTM (PL: p<0,0001 e PSE: p=0,0032). Entretanto, o grupo PSE chegou a estes resultados realizando um número menor de sessões nos protocolos com cargas de treinamento mais altas (protocolos B: p=0,0028 e C: p=0,004) ao mesmo tempo em que realizaram um número maior de sessões no protocolo de treinamento com cargas mais baixas (i.e., protocolo A) (p<0,0001) quando comparado ao grupo PL. De forma interessante, o subgrupo composto (a posteriori) pelos indivíduos do grupo PSE que não progrediram a carga do TF além do protocolo A (SubPSE, n =6), obtiveram ganhos de força motora e hipertrofia muscular semelhantes àqueles observados no grupo PL (1-RM p=0,0003; ASTM: p=0,0212 respectivamente) realizando de um volume total menor de treinamento (p=0,0258). Conclusão: O controle da progressão da carga do TF por meio da PSE da sessão proporcionou ajustes mais eficientes da carga de treinamento possibilitando aumentos de força motora e hipertrofia muscular similares aos obtidos através do modelo de progressão tradicional por meio de protocolos de treinamento menos intensos e de menor volume. Adicionalmente, quando considerados os dados do subgrupo SubPSE, observou-se as mesmas adaptações funcionais e morfológicas por meio de um menor volume total de treinamento

Identificação de sistemas para o estudo de controle motor.

Qualquer tarefa motora ativa se dá pela ativação de uma população de unidades motoras. Porém, devido a diversas dificuldades, tanto técnicas quanto éticas, não é possível medir a entrada sináptica dos motoneurônios em humanos. Por essas razões, o uso de modelos computacionais realistas de um núcleo de motoneurônios e as suas respectivas fibras musculares tem um importante papel no estudo do controle humano dos músculos. Entretanto, tais modelos são complexos e uma análise matemática é difícil. Neste texto é apresentada uma abordagem baseada em identificação de sistemas de um modelo realista de um núcleo de unidades motoras, com o objetivo de obter um modelo mais simples capaz de representar a transdução das entradas do núcleo de unidades motoras na força do músculo associado ao núcleo. A identificação de sistemas foi baseada em um algoritmo de mínimos quadrados ortogonal para achar um modelo NARMAX, sendo que a entrada considerada foi a condutância sináptica excitatória dendrítica total dos motoneurônios e a saída foi a força dos músculos produzida pelo núcleo de unidades motoras. O modelo identificado reproduziu o comportamento médio da saída do modelo computacional realista, mesmo para pares de sinal de entrada-saída não usados durante o processo de identificação do modelo, como sinais de força muscular modulados senoidalmente. Funções de resposta em frequência generalizada do núcleo de motoneurônios foram obtidas do modelo NARMAX, e levaram a que se inferisse que oscilações corticais na banda-beta (20 Hz) podem influenciar no controle da geração de força pela medula espinhal, comportamento do núcleo de motoneurônios até então desconhecido.

Desenvolvimento artificial autônomo de um grafo sensório-motor auto-organizável.

A teoria de Jean Piaget sobre o desenvolvimento da inteligência tem sido utilizada na área de inteligência computacional como inspiração para a proposição de modelos de agentes cognitivos. Embora os modelos propostos implementem aspectos básicos importantes da teoria de Piaget, como a estrutura do esquema cognitivo, não consideram o problema da fundamentação simbólica e, portanto, não se preocupam com os aspectos da teoria que levam à aquisição autônoma da semântica básica para a organização cognitiva do mundo externo, como é o caso da aquisição da noção de objeto. Neste trabalho apresentamos um modelo computacional de esquema cognitivo inspirado na teoria de Piaget sobre a inteligência sensório-motora que se desenvolve autonomamente construindo mecanismos por meio de princípios computacionais pautados pelo problema da fundamentação simbólica. O modelo de esquema proposto tem como base a classificação de situações sensório-motoras utilizadas para a percepção, captação e armazenamento das relações causais determiníscas de menor granularidade. Estas causalidades são então expandidas espaço-temporalmente por estruturas mais complexas que se utilizam das anteriores e que também são projetadas de forma a possibilitar que outras estruturas computacionais autônomas mais complexas se utilizem delas. O modelo proposto é implementado por uma rede neural artificial feed-forward cujos elementos da camada de saída se auto-organizam para gerar um grafo sensóriomotor objetivado. Alguns mecanismos computacionais já existentes na área de inteligência computacional foram modificados para se enquadrarem aos paradigmas de semântica nula e do desenvolvimento mental autônomo, tomados como base para lidar com o problema da fundamentação simbólica. O grafo sensório-motor auto-organizável que implementa um modelo de esquema inspirado na teoria de Piaget proposto neste trabalho, conjuntamente com os princípios computacionais utilizados para sua concepção caminha na direção da busca pelo desenvolvimento cognitivo artificial autônomo da noção de objeto.

O efeito imediato da estimulação elétrica neuromuscular na função de deglutição em indivíduos com câncer de cabeça e pescoço após terapia antineoplásica

A estimulação elétrica neuromuscular (EENM) é uma recente técnica terapêutica no tratamento das disfagias orofaríngeas. Poucos estudos utilizaram a EENM em casos oncológicos, havendo muitas dúvidas sobre o método de aplicação e os resultados de diferentes condições de estimulação nessa população. Este trabalho teve por objetivo verificar o efeito imediato da EENM sensorial e motora, nas fases oral e faríngea da deglutição, em pacientes após tratamento do câncer de cabeça e pescoço. Para isso foi realizado um estudo transversal intervencional que incluiu 11 pacientes adultos e idosos (mediana de 59 anos) acometidos por câncer de cabeça e pescoço. Todos os indivíduos foram submetidos ao exame de videofluoroscopia da deglutição, no qual, de modo randomizado, foram solicitadas deglutições de 5 ml de alimentos nas consistências líquida, mel e pudim em três condições distintas: sem estimulação, com EENM sensorial, com EENM motora. Foi classificado o grau da disfunção da deglutição por meio da escala DOSS (Dysphagia Outcome and Severity Scale), a presença de estase de alimentos (escala de Eisenhuber), de penetração laríngea, aspiração laringotraqueal (Penetration and Aspiration Scale - PAS), além da medida do tempo de trânsito oral e faríngeo (em segundos). Para a comparação dos resultados, considerando os três estímulos aplicados, na escala de resíduos, na escala de penetração aspiração, na escala DOSS e no tempo de trânsito oral e faríngeo foi aplicado o teste de Friedman ou a análise de variância para medidas repetidas (de acordo com a distribuição dos dados). Para todos os testes foi adotado nível de significância de 5%. Os resultados demonstraram que houve melhora com a estimulação sensorial e motora na escala DOSS e na escala PAS para um paciente tratado de câncer de boca e outro de laringe e piora, em ambas as escalas, para dois pacientes (câncer de boca), sendo um para a estimulação motora e outro na sensorial. A aplicação da escala de Eisenhuber permitiu verificar que a EENM, tanto em nível sensorial como motor, modificou de forma variável a presença de resíduos para os casos de câncer de boca, enquanto para o paciente com câncer de laringe houve redução de resíduos em valécula/raiz da língua para a estimulação sensorial e motora, além de aumento de resíduos em parede posterior da faringe com o estímulo motor. Além disso, não foi encontrada diferença estatisticamente significante para o tempo de trânsito oral e faríngeo nas diferentes estimulações para todas as consistências testadas (p>0,05). Diante desses achados, concluiu-se que a EENM, em nível sensorial e motor, apresentou variável impacto imediato nas fases oral e faríngea da deglutição, podendo melhorar a função de deglutição de pacientes com significante disfagia após o tratamento para o câncer de cabeça e pescoço, no que se diz respeito ao grau da disfagia e à presença de penetração e aspiração.