آخرین مطالب

گرفتن عملکرد دست


گرفتن عملکرد دست

اعتبار: دانشکده مهندسی و علوم کاربردی ییل

انسان ها در مهارت دست در قلمرو حیوانات بی نظیر هستند. ما از ابزارها، قلم‌ها، سوزن‌های نخ و موارد دیگر استفاده می‌کنیم، با اندکی فکر کردن درباره چالش‌هایی که سیستم عصبی هنگام اعمال دقیق نیرو با نوک انگشتان با آن مواجه می‌شود. تیمی از محققان تصمیم گرفتند تا آنچه را که باید با نوک انگشتان ما درک کنیم، که برای مهارت دست انسان بسیار مهم است، بیابند. منتشر شده امروز در مجموعه مقالات آکادمی ملی علومنتایج، درک جدیدی در مورد کنترل عصبی و تکامل دست انسان و راه‌های بالقوه جدیدی برای کمک به ناتوانی‌ها به ارمغان می‌آورد.

محققان به سرپرستی Madhusudhan Venkadesan، دانشیار مهندسی مکانیک و علم مواد، به ثبات انگشتان هنگام اعمال نیرو با نوک انگشتان دست پرداختند. به طور خاص، آن‌ها چیزی را که به عنوان «چاپ دقیق» شناخته می‌شود، مورد مطالعه قرار دادند که در آن انگشت اشاره در حالت خمیده است، مانند هنگام نخ زدن یک سوزن یا دست زدن به یک جسم ظریف. مشکل این سبک گرفتن این است که انگشت تمایل طبیعی به کمانش ناگهانی دارد، نوعی حرکت سریع کوبیدن مفاصل. حفظ یک چنگال ثابت، بدون هیچ گونه خمیدگی انگشت، برای برداشتن وسایل و سایر کارهای روزمره حیاتی است. پس چه چیزی مانع از خمیدگی انگشتان ما می شود؟

نیلیما شارما، نویسنده اصلی، دانشجوی سابق دکترا در آزمایشگاه Venkadesan، و اکنون یک محقق فوق دکترا، گفت: «نتیجه کلاسیک مکانیک پیش‌بینی می‌کند که زنجیره‌ای از میله‌های متصل به مفاصل، به نام پیوندهای مکانیکی، هنگام فشرده شدن کمانش می‌شوند. در دانشگاه شیکاگو “این مانند یک سیم نازک است که اگر بخواهید در طول آن فشار دهید، کمانش می شود. انگشتان نیز مانند این اتصالات هستند و نیروهای نوک انگشتان تاثیری در کمانش انگشت دارند.” برای اینکه بفهمند انگشتان ما با چه سرعتی کمانش می کنند، آزمایشی را انجام دادند که در آن از افراد خواستند با نوک انگشتان اشاره خم شده خود تا آنجا که می توانند روی یک سطح صاف فشار دهند. انگشت در بیشتر مواقع ثابت می ماند، اما گهگاه می خورد و خم می شد. محققان می خواستند بدانند که رفلکس های ما چقدر برای حفظ ثبات نقش دارند. احتمالاً زیاد نیست، آنها پس از زمان بندی عمل کمانش تصمیم گرفتند.

Venkadesan گفت: “کل حرکت snapping بسیار سریع است – عمدتاً زیر 50 میلی ثانیه.” معمولاً این مقدار زمان طول می کشد تا یک سیگنال عصبی از نوک انگشت به نخاع و عقب برسد. “بنابراین زمان کافی – و به احتمال زیاد اصلاً کافی نیست – برای یک پاسخ رفلکس تثبیت کننده کافی نیست.”

اگر رفلکس های عصبی نیست، چه چیزی می تواند مسئول ثابت نگه داشتن انگشتان ما باشد؟ محققان فکر کردند که عمل فنر مانند عضلات ما ممکن است مسئول این کار باشد. اما یک مدل ریاضی که آنها برای انگشت ایجاد کردند، پیش‌بینی کرد که استفاده از ماهیچه‌ها برای ایجاد سفتی به قیمت کاهش قدرت تمام می‌شود. بنابراین آنها یک سری آزمایش دیگر را انجام دادند که در آن سفتی خارجی را با ثابت کردن یک آتل روی مفاصل انگشت اعمال کردند و به عضلات اجازه دادند روی نیرو تمرکز کنند و نه ثبات.

ونکادسان گفت: «وقتی ما یک اسپلینت اضافه کردیم، همه قوی‌تر بودند» – به طور متوسط ​​حدود 30 درصد قوی‌تر. حتی جالب‌تر برای محققان این بود که چگونه این دستاوردها در بین افراد مختلف متفاوت بود. “ما می‌خواستیم بفهمیم که چرا از فردی به فرد دیگر متفاوت است. و آنچه می‌بینید این است که افرادی که انقباضات مشترک خود را بیشتر کاهش می‌دهند، می‌توانند نیروی بیشتری تولید کنند.” انقباض همزمان، انقباض همزمان چند ماهیچه است که به ما کمک می کند سفتی را افزایش دهیم، مانند منقبض کردن بدن با انقباض تعداد زیادی ماهیچه.

آنها به این نتیجه رسیدند که مهارت های حرکتی چنگ زدن دقیق از تعادل بین ثبات، قدرت و انعطاف انگشت ناشی می شود که مستلزم کنترل دقیق عصبی چندین ماهیچه است. هنگام چنگ زدن، ماهیچه‌های دو طرف مفاصل انگشتان برای تثبیت مفاصل منقبض می‌شوند اما قدرت و انطباق انگشتان را کاهش می‌دهند.

Venkadesan انگشتان، دست و بازو را با یک ماریونت مقایسه می کند، رشته های آن ماهیچه ها و تاندون ها هستند. او گفت: “سیستم عصبی شما باید مراقب باشد که چگونه تمام این ماهیچه ها را تنظیم می کند تا این ماریونت را کار کند و آن را ثابت نگه دارد.” وقتی فهمیدیم که عمل تثبیت به دلیل مکانیک سیستم اتفاق می افتد.

و با مدل‌سازی ریاضی این مکانیک‌ها، محققان توانستند تعیین کنند که این مکانیک‌ها منحصر به انگشتان نیستند. او گفت: “این یک مشکل کلی تر است که در مورد هر قسمت چند پیوندی بدن – کل پاها، کل بدن” صدق می کند. برخی از نسخه های این مبادله سه طرفه – ثبات، قدرت و انعطاف پذیری – ناگزیر اعمال می شود.

علاوه بر گشودن راه‌هایی برای درمان جراحات و ساخت پروتز، این پنجره به عملکرد دست‌ها و سایر اندام‌ها مسیرهایی را برای کاوش از نظر تکامل اولیه انسان ارائه می‌دهد. “آیا برخی از مورفولوژی های دست در مدیریت معاوضه بهتر از سایرین هستند؟ دستان اولین اجداد دوپا ما، از حدود 3 تا 4 میلیون سال پیش، چگونه با دست انسان مدرن مقایسه می شود؟ مجموعه کاملی از سوالات باز وجود دارد که باید دنبال شود. ”


حس کردن سیگنال ها در عضلات فلج


اطلاعات بیشتر:
Neelima Sharma و همکاران، ثبات انگشت در دستگیره های دقیق، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2022). DOI: 10.1073/pnas.2122903119

ارائه شده توسط دانشگاه ییل

نقل قول: عملکرد گرفتن دست (2022، 17 مارس) در 17 مارس 2022 از https://medicalxpress.com/news/2022-03-function.html بازیابی شده است.

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به غیر از هرگونه معامله منصفانه به منظور مطالعه یا تحقیق خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوای مذکور فقط به هدف اطلاع رسانی ایجاد شده است.