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Dec 04, 2023

Estimativa da contribuição visual para o equilíbrio em pé usando realidade virtual

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2594 (2023) Citar este artigo

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As perturbações sensoriais são uma ferramenta valiosa para avaliar os mecanismos de integração sensorial subjacentes ao equilíbrio. Implementados como abordagens de identificação de sistemas, eles podem ser usados ​​para avaliar quantitativamente os déficits de equilíbrio e separar as causas subjacentes. No entanto, os experimentos requerem perturbações controladas e técnicas sofisticadas de modelagem e otimização. Aqui propomos e validamos uma implementação de realidade virtual de experimentos de cena visual em movimento, juntamente com interpretações baseadas em modelos dos resultados. A abordagem simplifica a implementação experimental e oferece uma plataforma para implementar rotinas de análise padronizadas. A oscilação de 14 indivíduos jovens saudáveis ​​usando um monitor de realidade virtual montado na cabeça foi medida. Os participantes visualizaram uma sala virtual ou uma tela dentro da sala, ambas movidas durante uma série de sequências senoidais ou pseudo-aleatórias ou de inclinação da tela registradas em dois dias. Em uma comparação entre sujeitos de 10 \(\times\) sequências pseudo-aleatórias de 6 minutos, cada uma aplicada em 5 amplitudes, nossos resultados não mostraram nenhuma diferença em um experimento de tela móvel do mundo real da literatura. Usamos o modelo de canal independente para interpretar nossos dados, o que fornece uma estimativa direta da contribuição visual para o equilíbrio, juntamente com os parâmetros que caracterizam a dinâmica do sistema de feedback. As estimativas de confiabilidade de parâmetros individuais de seis repetições de uma sequência pseudo-aleatória de 6 \(\times\) 20 s mostraram concordância teste-reteste ruim. Os parâmetros estimados mostram excelente confiabilidade ao calcular a média de três repetições em cada dia e comparar os dias (correlação intraclasse; ICC 0,7–0,9 para peso visual, atraso de tempo e ganho de feedback). As respostas de oscilação dependiam fortemente da cena visual, onde a tela abstrata de alto contraste evocava uma oscilação maior em comparação com a sala fotorrealista. Em conclusão, nossa abordagem de realidade virtual proposta permite que os pesquisadores avaliem de forma confiável a dinâmica do controle do equilíbrio, incluindo a contribuição visual para o equilíbrio com esforço mínimo de implementação.

Os seres humanos dependem de informações sensoriais para manter o equilíbrio1. As perturbações controladas das entradas sensoriais são uma ferramenta poderosa para investigar a integração sensorial e seus déficits2,3,4,5,6. No entanto, perturbações sensoriais controladas são difíceis de implementar, tanto em termos de hardware quanto de técnicas de análise. Em nosso estudo, propomos e validamos experimentos de perturbação sensorial usando uma configuração simples de realidade virtual (VR). Além disso, usamos interpretações baseadas em modelos dos dados registrados em um único nível de assunto, conforme proposto por Peterka5. Mostraremos que uma combinação de experimentos de RV e interpretações baseadas em modelos pode avaliar de maneira confiável e fácil a dinâmica do mecanismo de controle do equilíbrio, incluindo estimativas quantitativas da contribuição sensorial visual (fator de ponderação).

Um foco importante dos experimentos de equilíbrio é a avaliação da integração sensorial e seus déficits para diagnosticar distúrbios do equilíbrio7,8. Distúrbios graves já se tornam visíveis durante tarefas simples, como ficar de pé com os pés juntos e fechar os olhos (postura de Romberg)9. Testes de equilíbrio instrumentados, como a avaliação da oscilação espontânea por meio de medições da plataforma de força, fornecem informações mais detalhadas e objetivas8. No entanto, as medidas de oscilação espontânea não contêm informações suficientes para separar a dinâmica do controle interno das propriedades de ruído desconhecidas inerentes aos sistemas sensoriais e motores6. Além disso, não fornece informações sobre como o sistema lida com conflitos sensoriais, que ocorrem na vida cotidiana quando se está em superfícies macias ou quando se visualiza uma cena visual em movimento (por exemplo, um trem ou ônibus). Assim, embora forneça informações valiosas sobre o estado do sistema, a oscilação espontânea fornece apenas informações limitadas sobre a integração sensorial6. A alteração da disponibilidade sensorial (apoio firme e suave, olhos abertos/fechados, etc.) pode ser usada para avaliar a integração sensorial até certo ponto2. Uma implementação instrumentada baseada na remoção sensorial mais utilizada em ambientes clínicos é o teste de organização sensorial (SOT)10,11. Em três das condições SOT, a superfície de suporte e/ou a cena visual são movidas com a oscilação do sujeito ('referência à oscilação'12). Nessas condições, o sistema de referência de oscilação não codifica com precisão a posição do corpo no espaço. Comportamento de oscilação anormal ou a incapacidade de ficar em pé em tais condições indica déficits de equilíbrio e fornece dicas sobre os sistemas afetados. A pontuação SOT inclui oscilação espontânea e 'quedas' de assuntos. Embora o escore SOT seja capaz de revelar déficits de equilíbrio, ele não leva em consideração as interações entre déficits múltiplos e a complexidade das interações sensório-motoras. Assim, ele ainda fornece informações sobre o estado do sistema, em vez de revelar a própria dinâmica e propriedades do sistema.