Effects of Muscle Synergy during Overhead Work with a Passive Shoulder Exoskeleton: A Case Study

要約

目的: 肩の外骨格は頭上の作業を効果的に支援します。
ただし、筋肉の相乗効果に対するそれらの影響はまだ不明です。
目的は、頭上作業中の筋肉の相乗効果に対する肩の外骨格の影響を体系的に調査することです。方法: 8 人の男性参加者を募集し、外骨格あり (介入) と外骨格なし (通常) の両方でねじ締めタスクを実行しました。
8 つの筋肉をモニタリングし、非負行列因数分解と筋電図地形図を使用して筋肉の相乗効果を抽出しました。
結果: 抽出された相乗効果の数は、両方の条件で同じでした (n = 2)。
具体的には、両方の条件における最初の相乗効果は同一であり、AD と MD の比重が最も高かった。
一方、2 番目の相乗効果は条件によって異なり、それぞれ PM と MD の比重が最も高かった。
介入条件の最初の相乗効果に関しては、活性化プロファイルが大幅に減少し、平均動員レベルと活性化期間が大幅に低下しました (p<0.05)。 条件にわたる筋肉相乗効果の回帰分析では、筋肉相乗効果の変化が筋肉相乗効果の希薄さに影響を及ぼさないことが示されました (p=0.7341)。 地形図では、平均値は有意な減少 (p<0.001) を示し、エントロピーは有意に増加しました (p<0.01)。 結論: 外骨格はシナジーの数や既存の主要なシナジーを変更しませんが、新しいシナジーを誘発する可能性があります。 また、神経活動が大幅に減少する可能性があり、監視される筋肉活動の分布の不均一性に影響を与える可能性があります。 重要性：この研究は、外骨格を利用したオーバーヘッド作業の潜在的なメカニズムについての洞察と、外骨格のパフォーマンスを向上させるための指針を提供します。

要約(オリジナル)

Objective: Shoulder exoskeletons can effectively assist with overhead work. However, their impacts on muscle synergy remain unclear. The objective is to systematically investigate the effects of the shoulder exoskeleton on muscle synergies during overhead work.Methods: Eight male participants were recruited to perform a screwing task both with (Intervention) and without (Normal) the exoskeleton. Eight muscles were monitored and muscle synergies were extracted using non-negative matrix factorization and electromyographic topographic maps. Results: The number of synergies extracted was the same (n = 2) in both conditions. Specifically, the first synergies in both conditions were identical, with the highest weight of AD and MD; while the second synergies were different between conditions, with highest weight of PM and MD, respectively. As for the first synergy in the Intervention condition, the activation profile significantly decreased, and the average recruitment level and activation duration were significantly lower (p<0.05). The regression analysis for the muscle synergies across conditions shows the changes of muscle synergies did not influence the sparseness of muscle synergies (p=0.7341). In the topographic maps, the mean value exhibited a significant decrease (p<0.001) and the entropy significantly increased (p<0.01). Conclusion: The exoskeleton does not alter the number of synergies and existing major synergies but may induce new synergies. It can also significantly decrease neural activation and may influence the heterogeneity of the distribution of monitored muscle activations. Significance: This study provides insights into the potential mechanisms of exoskeleton-assisted overhead work and guidance on improving the performance of exoskeletons.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google