Evaluation of reusable cardboard box designs: Biomechanical and perceptual aspects

Reusable cardboard boxes can be ergonomically designed for internal transportation of dry products in industrial settings. In this study we compared the effects of handling a regular commercial box and two cardboard prototypes on upper limb postures through the evaluation of movements, myoelectrical activity, perceived grip acceptability and capacity for reuse. The ergonomic designs provided a more acceptable grip, safer wrist and elbow movements and lower wrist extensors and biceps activity. Biomechanical disadvantages were observed only for one of the prototypes when handling to high surface. The prototypes were durable and suitable for extensive reuse (more than 2000 handlings) in internal industrial transportation. Despite being slightly more expensive than regular cardboard, the prototypes showed good cost-benefit considering their high durability. Relevance to industry: Cardboard boxes can be efficiently redesigned for allowing safer upper limb movements and lower muscle workload in manual materials handling. New designs can also be extensively reused for internal industrial transportation with good cost-benefit. © 2012 Elsevier B.V.

Effects of arm training with the robotic device ARMin I in chronic stroke: three single cases

BACKGROUND: Several clinical studies on chronic stroke conducted with end-effector-based robots showed improvement of the motor function in the affected arm. Compared to end-effector-based robots, exoskeleton robots provide improved guidance of the human limb and are better suited to train task-oriented movements with a large range of motions. OBJECTIVE: To test whether intensive arm training with the arm exoskeleton ARMin I is feasible with chronic-stroke patients and whether it improves motor function in the paretic arm. METHODS: Three single cases with chronic hemiparesis resulting from unilateral stroke (at least 14 months after stroke). A-B design with 2 weeks of multiple baseline measurements (A), 8 weeks of training (B) with repetitive measurements and a follow-up measurement 8 weeks after training. The training included shoulder and elbow movements with the robotic rehabilitation device ARMin I. Two subjects had three 1-hour sessions per week and 1 subject received five 1-hour sessions per week. The main outcome measurement was the upper-limb part of the Fugl-Meyer Assessment (FMA). RESULTS: The ARMin training was well tolerated by the patients, and the FMA showed moderate, but significant improvements for all 3 subjects (p < 0.05). Most improvements were maintained 8 weeks after discharge. CONCLUSIONS: This study indicates that intensive training with an arm exoskeleton is feasible with chronic-stroke patients. Moderate improvements were found in all 3 subjects, thus further clinical investigations are justified.

Influence of predominant patterns of coordination on the exploitation of interaction torques in a two-joint rhythmic arm movement

In this study we investigate the coordination between rhythmic flexion-extension (FE) and supination-pronation (SP) movements at the elbow joint-complex, while manipulating the intersegmental dynamics by means of a 2-degrees of freedom (df) robot arm. We hypothesized that constraints imposed by the structure of the neuromuscular-skeletal system would (1) result in predominant pattern(s) of coordination in the absence of interaction torques and (2) influence the capabilities of participants to exploit artificially induced interaction torques. Two experiments were conducted in which different conditions of interaction torques were applied on the SP-axis as a function of FE movements. These conditions promoted different patterns of coordination between the 2-df. Control trials conducted in the absence of interaction torques revealed that both the in-phase (supination synchronized with flexion) and the anti-phase (pronation synchronized with flexion) patterns were spontaneously established by participants. The predominance of these patterns of coordination is explained in terms of the mechanical action of bi-articular muscles acting at the elbow joint-complex, and in terms of the reflexes that link the activity of the muscles involved. Results obtained in the different conditions of interaction torques revealed that those neuromuscular-skeletal constraints either impede or favor the exploitation of intersegmental dynamics depending on the context. Interaction torques were indeed found to be exploited to a greater extent in conditions in which the profiles of interaction torques favored one of the two predominant patterns of coordination (i.e., in-phase or anti-phase) as opposed to other patterns of coordination (e.g., 90 degrees or 270 degrees). Those results are discussed in relation to recent studies reporting exploitation of interaction torques in the context of rhythmic movements.

Neuromuscular-skeletal origins of predominant patterns of coordination in a rhythmic two-joint arm movement

The authors tested for predominant patterns of coordination in the combination of rhythmic flexion-extension (FE) and supination-pronation (SP) at the elbow-joint complex. Participants (N = 10) spontaneously established in-phase (supination synchronized with flexion) and antiphase (pronation synchronized with flexion) patterns. In addition, the authors used a motorized robot arm to generate involuntary SP movements with different phase relations with respect to voluntary FE. The involuntarily induced in-phase pattern was accentuated and was more consistent than other patterns. That result provides evidence that the predominance of the in-phase pattern originates in the influence of neuro-muscular-skeletal constraints rather than in a preference dictated by perceptual-cognitive factors implicated in voluntary control. Neuromuscular-skeletal constraints involved in the predominance of the in-phase and the antiphase patterns are discussed.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Comparison between electrically-evoked and voluntary wrist movements on sensorimotor and prefrontal cortical activation : A multi-channel time domain fNIRS study

Neuromuscular electrical stimulation (NMES) has been consistently demonstrated to improve skeletal muscle function in neurological populations with movement disorders, such as poststroke and incomplete spinal cord injury (Vanderthommen and Duchateau, 2007). Recent research has documented that rapid, supraspinal central nervous system reorganisation/neuroplastic mechanisms are also implicated during NMES (Chipchase et al., 2011). Functional neuroimaging studies have shown NMES to activate a network of sub-cortical and cortical brain regions, including the sensorimotor (SMC) and prefrontal (PFC) cortex (Blickenstorfer et al., 2009; Han et al., 2003; Muthalib et al., 2012). A relationship between increase in SMC activation with increasing NMES current intensity up to motor threshold has been previously reported using functional MRI (Smith et al., 2003). However, since clinical neurorehabilitation programmes commonly utilise NMES current intensities above the motor threshold and up to the maximum tolerated current intensity (MTI), limited research has determined the cortical correlates of increasing NMES current intensity at or above MTI (Muthalib et al., 2012). In our previous study (Muthalib et al., 2012), we assessed contralateral PFC activation using 1-channel functional near infrared spectroscopy (fNIRS) during NMES of the elbow flexors by increasing current intensity from motor threshold to greater than MTI and showed a linear relationship between NMES current intensity and the level of PFC activation. However, the relationship between NMES current intensity and activation of the motor cortical network, including SMC and PFC, has not been clarified. Moreover, it is of scientific and clinical relevance to know how NMES affects the central nervous system, especially in comparison to voluntary (VOL) muscle activation. Therefore, the aim of this study was to utilise multi-channel time domain fNIRS to compare SMC and PFC activation between VOL and NMESevoked wrist extension movements.

Design of an active arm support for assisting arm movements

In this paper we have explored areas of application for health care manipulators and possible user groups. We have shown the steps in the design approach to the conceptual mechanism from the AAS. The future work will be measurement from properties of the muscle with the elbow parameterization test-bed to get a database to design one part of the control area from the AAS. More work on the mechanical design is required before a functional prototype can be built.

Are cutout handles used when available in real occupational settings? Description of grips and upper extremities movements during industrial box handling

In order to achieve better postures and decrease musculoskeletal risks adequate design of hand/box couplings for manual materials handling (MMH) are still needed. No studies evaluating upper limb movement thorough direct measurements during box handling in workplace were identified in the literature. In this study we describe the types of grip and movements adopted by ten workers when handling redesigned boxes with cutout handles between different heights on industrial pallets. The new handles were used by 90% of the workers through different types of grip. Electrogoniometric measurements showed relatively safe forearm and wrist movements, although elbow inadequate range of movement was recorded. Despite the good acceptance of the cutout by workers, the new design requires extra internal space in the boxes reducing applications for this alternative of box.

Coupling between muscle activities and muscle torques during horizontal-planar arm movements with direction reversal

In this study we investigated the hypothesis that the simple set of rules used to explain the modulation of muscle activities during single-joint movements could also be applied for reversal movements of the shoulder and elbow joints. The muscle torques of both joints were characterized by a triphasic impulse. The first impulse of each joint accelerated the limb to the target and was generated by an initial burst of the muscles activated first (primary mover). The second impulse decelerated the limb to the target, reversed movement direction and accelerated the limb back to the initial position, and was generated by an initial burst of the muscles activated second (secondary movers). A third impulse, in each joint, decelerated the limb to the initial position due to the generation of a second burst of the primary movers. The first burst of the primary mover decreased abruptly, and the latency between the activation of the primary and secondary movers varied in proportion with target distances for the elbow, but not for the shoulder muscles. All impulses and bursts increased with target distances and were well coupled. Therefore, as predicted, the bursts of muscle activities were modulated to generate the appropriate level of muscle torque. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Isokinetic analysis of the elbow joint in children with cerebral palsy

The joint torque is an important variable related to children with cerebral palsy. The present study analyzed kinetic parameters during elbow flexion and extension movements in healthy and cerebral palsy children. Ten healthy and 10 cerebral palsy children participated of the study. An isokinetic dynamometer was used to measure the elbow mean peak torque, mean angle peak torque, coefficient of variation and acceleration during flexion and extension movements at different angular speeds. The mean peak torque on extension movement in healthy children group was significant higher compared to the cerebral palsy group. The coefficient of variation on both flexion and extension movements was significantly higher in cerebral palsy group. However there were significantly difference on both groups compared the lowest and highest velocities. Although the results showed no difference in flexor peak torque, the acceleration is significantly lower in lowest and highest angular velocity.

Analysis and Modelling of the Structural Components of the Elbow Joint

A recent application of computer simulation is its use for the human body, which resembles a mechanism that is complemented by torques in the joints that are caused by the action of muscles and tendons. Among others, the application can be used to provide training in surgical procedures or to learn how the body works. Some of the other applications are to make a biped walk upright, to build robots that are designed on the human body or to make prostheses or robot arms to perform specific tasks. One of the uses of simulation is to optimise the movement of the human body by examining which muscles are activated and which should or should not be activated in order to improve a person?s movements. This work presents a model of the elbow joint, and by analysing the constraint equations using classic methods we go on to model the bones, muscles and tendons as well as the logic linked to the force developed by them when faced with a specific movement. To do this, we analyse the reference bibliography and the software available to perform the validation.

Changes in head and neck position affect elbow joint position sense

Changes in the position of the head and neck have been shown to introduce a systematic deviation in the end-point error of an upper limb pointing task. Although previous authors have attributed this to alteration of perceived target location, no studies have explored the effect of changes in head and neck position on the perception of limb position. This study investigated whether changes in head and neck position affect a specific component of movement performance, that is, the accuracy of joint position sense (JPS) at the elbow. Elbow JPS was tested with the neck in four positions: neutral, flexion, rotation and combined flexion/rotation. A target angle was presented passively with the neck in neutral, after a rest period; this angle was reproduced actively with the head and neck in one of the test positions. The potential effects of distraction from head movement were controlled for by performing a movement control in which the head and neck were in neutral for the presentation and reproduction of the target angle, but moved into flexion during the rest period. The absolute and variable joint position errors (JPE) were greater when the target angle was reproduced with the neck in the flexion, rotation, and combined flexion/rotation than when the head and neck were in neutral. This study suggests that the reduced accuracy previously seen in pointing tasks with changes in head position may be partly because of errors in the interpretation of arm position.

Muscle synergies at the elbow in static and oscillating isometric torque tasks with dual degrees of freedom

This study's aim was to identify the effect of oscillation of torques in isometric tasks under identical mechanical conditions on the muscle synergies used. It was hypothesized that bi-functional muscles would play a lesser role in torque oscillation, because they would also generate an undesired oscillation. Thus, changes in muscle synergies were expected as a consequence of oscillation in torque generation. The effect of the trajectory of torque generation was investigated in dual-degrees-of-freedom submaximal isometric oscillation torque tasks at the elbow. The torques were flexion-extension and supination-pronation. Oscillation torques were compared with static torque generations at four torque positions during oscillation. Muscle activity was determined with surface electromyography. Compared with the static torque tasks, the oscillation tasks showed an overall increased muscle activity. The oscillation tasks, however, showed similar activity patterns and muscle synergies compared to the static composite tasks. It was found that the motor system is well able to control different orthogonal combinations of slow torque oscillations and constant torques by employing a single oscillating muscle synergy.