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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 8966(2023) 이 기사 인용

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자세 조정의 자기 조직화 현상은 서 있는 동안의 동위상 및 역상 자세 조정 ​​모드의 자동 전환 메커니즘과 관련된 자세위 활동을 이해하는 데 필수적입니다. 이전에는 이러한 자기 조직화 현상을 재현하기 위해 모델 기반 접근 방식이 제안되었습니다. 그러나 이 문제를 중추신경계의 내부 예측 모델을 구축하는 과정까지 포함하여 설정한다면, 적응적 자세 제어를 관리하기 위한 신경망 구축을 위해 학습 과정을 고려해야 합니다. 특히 성장이나 노화로 인해 신체 특성이 변할 수 있거나 유아에게 처음에는 알려지지 않은 경우, 학습 능력은 자세 안정성을 유지하고 일상 생활에서 에너지를 절약하기 위한 인간 운동 제어의 과잉 적응성을 향상시킬 수 있습니다. 본 연구에서는 신체 역학 및 운동학에 관한 사전 신체 모델을 가정하지 않고 자세 모드를 적응적으로 조정할 수 있는 자기 조직화 신경망을 생성하려고 시도했습니다. 자세 조정 ​​모드는 심층 강화 학습 알고리즘을 통해 머리 목표 추적 작업에서 재현됩니다. 자세 조정 ​​유형, 즉 동위상 및 역위상 조정 모드 간의 전환은 움직이는 대상의 주파수를 변경하여 머리 추적 대상의 작업 조건을 변경하여 재현될 수 있습니다. 이러한 모드는 인간의 머리 추적 작업에 존재하는 새로운 현상으로 간주됩니다. 고관절과 발목 관절의 상관관계, 상대 위상 등 다양한 평가 지표를 분석하여 자기 조직화 신경망 성능을 검증하여 동위상 모드와 역위상 모드 간의 자세 협응 전환을 생성합니다. 또한, 학습 후 신경망은 지속적인 작업 조건 변화에 적응할 수 있으며, 심지어 학습되지 않은 체질량 조건에도 적응하여 일관된 동위상 및 역위상 모드 교대를 유지할 수 있습니다.

노인과 운동 장애가 있거나 뇌졸중과 같은 뇌 질환이 있는 사람의 삶의 질을 향상시키기 위한 재활 운동을 설계하려면 인간의 자세 조정을 이해하는 것이 필수적입니다. 적응적이고 시너지적인 자세 제어 메커니즘을 탐색하는 것은 효과적인 신체 훈련 설계를 통해 균형 회복을 촉진하는 데 중요합니다.

인간 균형 제어 연구는 일상적인 작업에서 인간의 운동 학습 기술을 이해하기 위해 널리 수행되었습니다1,2. 발목 전략, 고관절 전략과 같은 기본적인 인간 균형 제어 전략은 인간 실험3,4,5 및 전산 모델링 시뮬레이션6,7,8,9,10을 통해 잘 연구되었습니다. 신체 운동의 운동학적 및 운동학적 제약을 포함한 이러한 전략은 다양한 외부 교란 또는 관련 자세위 활동 하에서 균형 제어에서 자세 협응의 기존 기능 모드 전환을 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

고관절 및 발목 관절3에 대한 자세 제어 패턴과 동위상 및 역위상과 같은 상대 단계가 조정 패턴을 평가하기 위해 정의되었습니다. 다양한 도달 작업에서 엉덩이 발목 자세 조정에 대한 연구11에서 이들의 강점과 한계가 논의되었습니다. 동작 조정 단위12로서 엉덩이와 발목 관절 사이의 움직임은 자세의 자세 제어에 필요합니다13. 눈을 뜨고 감는 두 가지 조건에 대해 조용히 서 있는 전략14 동안 발목과 엉덩이의 조정은 엉덩이와 발목의 각도 변위, 속도 및 가속도에 대한 해당 단계 초상화를 통해 관찰되었습니다. 발목 및 고관절의 기여는 건강한 참가자와 파킨슨병 참가자에 대한 인간 실험과 컴퓨터 모델 시뮬레이션에서 다중 세그먼트 제어로 구별되었습니다15. 마찬가지로 발목 및 엉덩이 발목 전략과 같은 균형 제어 전략과 관련하여 동요 빈도에 영향을 받는 엉덩이와 발목 관절 사이의 세그먼트 간 움직임 조정을 활용하여 불완전 척수 손상(iSCI)의 감각 및 운동 장애를 평가했습니다. 16. 자세 협응의 자기 조직화 현상과 관련하여 Bardy 그룹의 연구는 인간의 머리 추적 실험에서 엉덩이 및 발목 관절의 "동위상 또는 역위상"의 두 가지 모드로 자기 조직화 모드가 자연스럽게 나타난다는 사실을 잘 알려져 있습니다. ,18,19. 피험자에게 주어진 과제의 목표 주파수에 따라 저주파에는 동위상 모드를, 고주파에는 역위상 모드를 사용하였다.