Balancing acts: Respiratory sensations, motor control and human posture

1. The present brief review covers some novel aspects of integration between respiration and movement of the body. 2. There are potent viscerosomatic reflexes in animals involving small-diameter pulmonary afferents that, when excited, would limit exercise. However, recent studies using lobeline injections to excite pulmonary afferents in awake humans suggest that there is no evoked reflex motoneuronal inhibition. Instead, the noxious respiratory sensations generated by the vagal afferents may be crucial in the decision to stop exercise. 3. While respiratory movements may affect limb movements, the control of the trunk and limbs can involve interaction (and even interference) with key respiratory muscles, such as the diaphragm. Recent studies have revealed that not only does the diaphragm receive feed-forward drive prior to some limb movements, but that it also contracts both phasically and tonically during repetitive limb movements. 4. Thus, challenges to posture can indirectly challenge ventilation, while coordinated diaphragm contraction may contribute to control of the trunk.

Influência de diferentes estratégias de estabilização lombopélvica e de programas de exercícios de controlo motor no Active Straight Leg Raise

Introdução: O Active Straight Leg Raise (ASLR) tem sido sugerido como um indicador clínico da estabilidade lombopélvica. Estratégias passivas e ativas podem contribuir para aumentar esta estabilidade, assim como programas de exercício baseados nas mesmas estratégias ativas. Objetivos: Comparar os efeitos imediatos da compressão pélvica manual (CP), do drawing-in (DI) e do bracing abdominal (BA) durante o ASLR em indivíduos com e sem dor lombopélvica crónica e inespecífica, e avaliar o efeito prolongado das manobras de estabilização ativas através dos programas de exercícios de controlo motor, Pilates e McGill. Métodos: Estudo transversal, com uma amostra de 111 voluntários, 52 sem dor lombopélvica (NLPPG) e 59 com dor lombopélvica (LPPG), e estudo experimental, formado pelo LPPG dividido em 19 no grupo controlo (GC), 20 no grupo pilates (GP) e 20 no grupo mcgill (GMg). Foi avaliado o ASLR padrão, o ASLR com CP, o ASLR com DI e ASLR com BA. Os participantes foram avaliados antes e após as 8 semanas de implementação dos programas exercícios de McGill e Richardson, apenas aos respetivos grupos. Resultados: O LPPG apresentou significativamente maior score no ASLR comparativamente ao NLPPG (z=-9,361; p<0,001). Apesar do BA ter apresentado scores inferiores às restantes estratégias (p<0,001), todas elas foram capazes de diminuir o score do ASLR (p<0,001). Após a aplicação dos programas de exercícios, verificou-se que o GP (p<0,001) e o GMg (p<0,001) apresentaram scores significativamente menores no ASLR, relativamente ao GC. No GP e no GMg verificou-se uma diminuição do score do ASLR (Z=-4,028; p<0,001; Z=-4,179; p<0,001, respetivamente). Além disso, GMg apresentou uma tendência para apresentar menores scores do ASLR comparativamente ao GP. Conclusão: Qualquer uma destas manobras de estabilização quando adicionada ao ASLR pode aumentar a estabilidade lombopélvica, especialmente o BA. Os exercícios de Pilates e de McGill permitiram melhorar os scores do ASLR.

Testes de endurance do tronco: diferenças entre indivíduos com e sem dor lombo-pélvica e o efeito de programas de exercício de controlo motor

Introdução: em indivíduos com dor lombo-pélvica (LPP), parece existir uma alteração de controlo motor e diminuição da endurance dos músculos do tronco. A realização de exercícios de controlo motor pode melhorar a endurance dessa musculatura e consequentemente o controlo motor. Objetivos: detetar diferenças nos tempos e rácios de endurance dos músculos do tronco em indivíduos com e sem dor lombo-pélvica e avaliar o efeito de dois programas de exercícios de controlo motor (segundo Richardson e segundo McGill) nos mesmos outcomes em indivíduos com LPP. Métodos: estudo transversal com uma amostra de 111 indivíduos, 52 para o grupo sem dor (NLPP) e 59 para o com LPP e estudo experimental, constituído pelos indivíduos LPP (59), alocados nos grupos de Pilates (20), McGill (20) ou no grupo controlo (19). Avaliaramse os tempos obtidos nos testes de endurance para os músculos extensores, flexores, flexores laterais direitos e esquerdos do tronco e respetivos rácios, tendo em conta o modelo de McGill. As avaliações dos grupos do estudo experimental realizaram-se antes e após as 8 semanas de exercício. Resultados: os indivíduos com LPP apresentaram tempos e rácios de endurance significativamente inferiores aos indivíduos NLPP (p<0.001). Após as 8 semanas de exercício, registaram-se diferenças estatisticamente significativas entre os grupos em todos os testes de endurance, sendo que o grupo de McGill apresentou tempos significativamente superiores aos do grupo de Pilates para os músculos flexores (p=0.001), flexores laterais direitos (p=0.002) e esquerdos (p=0.009). Quanto aos rácios de endurance, não se detetaram apenas diferenças estatisticamente significativas no rácio flexão lateral esquerda/extensão. Conclusão: os indivíduos com LPP apresentaram tempos e rácios de endurance do tronco inferiores aos dos indivíduos sem dor. Ambos os programas de exercícios melhoraram os tempos e os rácios de endurance, tendo existido uma tendência para melhores resultados na abordagem segundo McGill

Estudo do controlo motor via Sincronias entre sinais de EEG e de EMG / Motor control study through sincrony between EEG and EMG signals

Um dos maiores desafios da neurofisiologia é o de compreender a forma como a informação é transmitida através do sistema nervoso. O estudo do sistema nervoso tem várias aplicações, tanto na neurologia, permitindo avanços ao nível clínico, como noutras áreas, e.g., nos sistemas de processamento de informação baseados em redes neuronais. A transmissão de informação entre neurónios é feita por via de sinais elétricos. A compreensão deste fenómeno é ainda incompleta e há projectos a nível europeu e mundial com o objetivo de modular o sistema nervoso no seu todo de forma a melhor o compreender. Uma das teses que se desenvolve hoje em dia é a de que a transmissão de sinais elétricos no sistema nervoso é influenciada por fenómenos de sincronia. O objetivo desta dissertação é o de otimizar um protocolo de aquisição e análise de dados reais de eletroencefalograma e eletromiograma com o propósito de observar fenómenos de sincronia, baseando-se num algoritmo (análise por referência de fase, ou RPA, do inglês reference phase analysis) que deteta sincronias de fase entre os sinais de eletroencefalograma (EEG) e um sinal de referência, que é, no caso presente, o eletromiograma (EMG). A otimização deste protocolo e sua validação indicaram a existência de fenómenos significativos de sincronia no sinal elétrico, transmitido entre os músculos da mão e o córtex motor, no decorrer da ação motora.

Microstructure of the superior longitudinal fasciculus predicts stimulation-induced interference with on-line motor control.

A cortical visuomotor network, comprising the medial intraparietal sulcus (mIPS) and the dorsal premotor area (PMd), encodes the sensorimotor transformations required for the on-line control of reaching movements. How information is transmitted between these two regions and which pathways are involved, are less clear. Here, we use a multimodal approach combining repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) and diffusion tensor imaging (DTI) to investigate whether structural connectivity in the 'reaching' circuit is associated to variations in the ability to control and update a movement. We induced a transient disruption of the neural processes underlying on-line motor adjustments by applying 1Hz rTMS over the mIPS. After the stimulation protocol, participants globally showed a reduction of the number of corrective trajectories during a reaching task that included unexpected visual perturbations. A voxel-based analysis revealed that participants exhibiting higher fractional anisotropy (FA) in the second branch of the superior longitudinal fasciculus (SLF II) suffered less rTMS-induced behavioral impact. These results indicate that the microstructural features of the white matter bundles within the parieto-frontal 'reaching' circuit play a prominent role when action reprogramming is interfered. Moreover, our study suggests that the structural alignment and cohesion of the white matter tracts might be used as a predictor to characterize the extent of motor impairments.

Inventory control exercises

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Speech motor control in fluent and dysfluent speech production of an individual with apraxia of speech and Broca’s aphasia

Apraxia of speech (AOS) is typically described as a motor-speech disorder with clinically well-defined symptoms, but without a clear understanding of the underlying problems in motor control. A number of studies have compared the speech of subjects with AOS to the fluent speech of controls, but only a few have included speech movement data and if so, this was primarily restricted to the study of single articulators. If AOS reflects a basic neuromotor dysfunction, this should somehow be evident in the production of both dysfluent and perceptually fluent speech. The current study compared motor control strategies for the production of perceptually fluent speech between a young woman with apraxia of speech (AOS) and Broca’s aphasia and a group of age-matched control speakers using concepts and tools from articulation-based theories. In addition, to examine the potential role of specific movement variables on gestural coordination, a second part of this study involved a comparison of fluent and dysfluent speech samples from the speaker with AOS. Movement data from the lips, jaw and tongue were acquired using the AG-100 EMMA system during the reiterated production of multisyllabic nonwords. The findings indicated that although in general kinematic parameters of fluent speech were similar in the subject with AOS and Broca’s aphasia to those of the age-matched controls, speech task-related differences were observed in upper lip movements and lip coordination. The comparison between fluent and dysfluent speech characteristics suggested that fluent speech was achieved through the use of specific motor control strategies, highlighting the potential association between the stability of coordinative patterns and movement range, as described in Coordination Dynamics theory.