Mechanically induced stumbling during human treadmill walking

Schillings, A.M.; Wezel, B.M.H. van; Duysens, Jacques

doi:10.1016/0165-0270(95)00149-2

Cited by 134 publications

(112 citation statements)

References 20 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…The strategies observed on a treadmill were similar to those found on the ground, as has been reported by several authors (Schillings et al 1996;Owings et al 2001;Forner Cordero et al 2003). Despite their mechanical differences, the human balance control mechanisms remained basically the same.…”

Section: Methodssupporting

confidence: 83%

“…Experimental work over the last two decades has shown three main groups of recovery strategies to a stumble, either on the floor (Eng et al 1994) or on a treadmill (Dietz et al 1986(Dietz et al , 1987Schillings et al 1996;Forner Cordero et al 2003): elevating, lowering, and delayed lowering. The elevating strategy, which tries to proceed with the perturbed step, was executed as a response to a perturbation during early swing.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 97%

See 1 more Smart Citation

Mechanical model of the recovery from stumbling

2004

View full text Add to dashboard Cite

Several strategies have been described as a reaction to a stumble during gait. The elevating strategy, which tries to proceed with the perturbed step, was executed as a response to a perturbation during early swing. The lowering strategy, bringing the perturbed leg to the ground and overtaking the obstacle with the contralateral limb, was executed more frequently when the perturbation appeared at mid or late swing. The goal of this paper is to analyze which mechanical factors determine the most advantageous strategy. In order to determine these factors, a mechanical model of the recovery was developed and used to analyze a series of perturbation experiments. It was assumed that the goal of the recovery reaction was to control the trunk as an inverted pendulum during the double-stance phase. In order to be able to control the trunk angle, one foot should be up front and one foot should be behind the hips; otherwise it would be impossible to generate the required trunk torques. The trunk dynamics were expressed in terms of the ground reaction forces and their application point. A larger step (elevation strategy) gives the opportunity to dissolve the perturbation in one step. A small step (lowering strategy) necessarily results in a second quick step, after which the perturbation energy can be dissipated in the second double-stance phase. If a recovery step is too slow, it becomes impossible to counteract the forward flexion of the trunk. It is suggested that a measure of the ability to recover from a stumble could be based on the ability to perform quick steps.

show abstract

Section: Methodssupporting

confidence: 83%

Section: Introductionmentioning

confidence: 97%

Mechanical model of the recovery from stumbling

2004

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Because the main features of motoneuron activation during these functionally important reflexes seem similar in fictive and real locomotion (Quevedo et al 2005), these results also provide a framework for understanding the synaptic events in motoneurons that result in lifting the foot over an obstacle to avoid tripping in intact preparations. Similarities between the stumbling reaction described here and in humans (Lam et al 2003;Schillings et al 1996;Zehr et al1997) include the increase in ongoing flexor activity, and when using an electrical stimulus train in adults, inhibitory effects in TA as well as a facilitation of ankle extensor EMG (Zehr et al 1997).…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Intracellular Analysis of Reflex Pathways Underlying the Stumbling Corrective Reaction During Fictive Locomotion in the Cat

Quevedo

Stecina²,

McCrea³

2005

Journal of Neurophysiology

View full text Add to dashboard Cite

. Intracellular analysis of reflex pathways underlying the stumbling correction reaction during fictive locomotion in the cat. J Neurophysiol 94: 2053-2062. First published May 25, 2005 doi:10.1152/jn.00176.2005. In cat and humans, contact between an obstacle and the dorsum of the foot evokes the stumbling corrective reaction (reflex) that lifts the foot to avoid falling. This reflex can also be evoked by short trains of stimuli to the cutaneous superficial peroneal (SP) nerve in decerebrate cats during the flexion phase of fictive locomotion. Here we examine intracellular events in hindlimb motoneurons accompanying stumbling correction. SP stimulation delivered during the flexion phase excites knee flexor motoneurons at short latency [minimum excitatory postsynaptic potential (EPSP) latency 1.8 ms; mean 2.7 ms]. Although a similar short latency excitation occurs in ankle extensors (mean latency, 2.8 ms), recruitment is delayed until successive shocks in the stimulus train overcome the locomotor-related hyperpolarization of ankle extensors. In ankle flexor motoneurons, SP stimulation evokes an inhibition (mean latency, 2.7 ms) that briefly reduces or stops their firing during the flexion phase. There is a phase-dependent modulation of SP-evoked EPSP amplitude as well as latency during locomotion. However, the more obvious change in SP reflex pathways with the onset of fictive locomotion is the reduced inhibition of ankle extensor motoneurons and the increased inhibition of ankle flexors. These results show that the characteristic pattern of hindlimb motoneuron activation during SP nerve-evoked stumbling correction results from 1) di-and trisynaptic excitation of knee flexor and ankle extensor motoneurons; 2) increased inhibitory postsynaptic potentials in ankle flexors and a suppression of inhibition in extensors, 3) sculpting of the short-latency SP postsynaptic effects by motoneuron membrane potential, and 4) longer latency excitatory effects that are likely evoked by lumbar interneurons involved in the generation of fictive locomotion.

show abstract

“…In de proeven die in Nijmegen werden uitgevoerd wordt echt gestruikeld doordat de proefpersonen een plankje dat op de loopband wordt geplaatst, niet kunnen zien aankomen (bijvoorbeeld doordat het zicht op het plankje is afgeschermd, zie Schillings et al 1996;. Struikelingen worden uitgelokt met de meetopstelling zoals getoond in de figuur.…”

Section: Struikelenunclassified

Veroudering van het bewegingsapparaat: over struikelen, vallen en uitglijden

Duysens¹,

Weerdesteyn²,

Schillings³

et al. 2002

NEPR

View full text Add to dashboard Cite

Struikelen, uitglijden en vallen zijn gedragingen die maar al te vaak voorkomen bij patie¨nten in de neurorevalidatie. De laatste jaren zijn er heel wat studies opgezet met het doel beter te begrijpen wat er precies gebeurt bij dit soort kleine ongevallen met dikwijls ernstige gevolgen.Globaal kan gezegd worden dat er voor de neurorevalidatie sprake is van een heel nieuw werkterrein. Vroeger stelde men zich tevreden met het bestuderen van functionaliteit in termen van onverstoord lopen of staan (zie ook Duysens & Smits-Engelsman, 2002). Maar tegenwoordig is het duidelijk dat dit te beperkt is, omdat patie¨nten in het dagelijks leven worden geconfronteerd met veel complexere situaties. Met de huidige nieuwe richting in het bewegingsonderzoek wordt veel dichter aangesloten bij die complexe situaties. Als vallen wordt veroorzaakt door struikelen en uitglijden dan is het nodig om te begrijpen hoe patie¨nten struikelen en uitglijden. We moeten een studie ontwerpen in het laboratorium om te onderzoeken hoe patie¨nten reageren tijdens die handelingen en waarom die reacties eerder tot een val leiden dan bij gezonde proefpersonen.Om het gedrag in pathologische omstandigheden te kunnen begrijpen, dient men eerst na te gaan wat er gebeurt bij gezonde proefpersonen. Daarbij valt al meteen op hoe geweldig slim ons zenuwstelsel omgaat met verstoringen tijdens lopen, want kleine verstoringen worden handig opgevangen en hebben weinig invloed op de continuı¨teit van het lopen. Zelfs als een schrikreactie uitgelokt wordt door een fors geluid aan te bieden via koptelefoons tijdens lopen, dan kan een buitenstander nauwelijks afwijkingen zien in het looppatroon, omdat de aanpassingsreacties op een heel natuurlijke wijze worden ingebouwd in het looppatroon (Nieuwenhuijzen et al., 2000). Dit geldt ook voor de meeste andere verstoringen. Zonder dat we erover hoeven na te denken worden onze reacties hierop geregeld door ons zenuwstelsel. Het is een hele opdracht. Er is een gedrag 'lopen' dat moet worden voortgezet ondanks het optreden van een verstoring, zoals het onverwachts verschijnen van een obstakel op onze weg. Hoe we dit doen, is een belangrijke onderzoeksvraag.Als het niet lukt om goed over obstakels te stappen, dan kan men struikelen en vallen, wat dan weer een heel probleem kan zijn, vooral bij ouderen (Smits-Engelsman et al., 2001). In de Verenigde Staten zijn valpartijen de belangrijkste doodsoorzaak gerelateerd aan verwondingen bij ouderen boven de 80 en bij vrouwen boven de 75 (15.400 doden in 2001; Sattin et al., 1990). Ongeveer 30% van de mensen ouder dan 65 jaar die zelfstandig wonen in Nederland, valt minstens e´e´n keer per jaar. Vallen heeft vaak grote gevolgen voor deze ouderen. Elk jaar zijn er in Nederland 90.000 behandelingen en 30.000 ziekenhuisopnames ten gevolge van valongelukken. Vallen is verreweg de belangrijkste vorm van ongevallen bij ouderen (Nevitt et al., 1991).Waarom vallen ouderen makkelijker dan jongeren? Struikelen ze op een andere manier? Een vraag die vroeger niet goed kon worden onderzoc...

show abstract

Mechanically induced stumbling during human treadmill walking

Cited by 134 publications

References 20 publications

Mechanical model of the recovery from stumbling

Mechanical model of the recovery from stumbling

Intracellular Analysis of Reflex Pathways Underlying the Stumbling Corrective Reaction During Fictive Locomotion in the Cat

Veroudering van het bewegingsapparaat: over struikelen, vallen en uitglijden

Contact Info

Product

Resources

About