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Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8966 (2023) Citar este artigo

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Um fenômeno auto-organizado na coordenação postural é essencial para a compreensão do mecanismo de troca automática dos modos de coordenação postural em fase e antifase durante a postura em pé e atividades supra-posturais relacionadas. Anteriormente, uma abordagem baseada em modelos foi proposta para reproduzir esse fenômeno auto-organizado. No entanto, se definirmos esse problema incluindo o processo de como estabelecemos o modelo preditivo interno em nosso sistema nervoso central, o processo de aprendizado é crítico a ser considerado para estabelecer uma rede neural para gerenciar o controle postural adaptativo. Particularmente quando as características corporais podem mudar devido ao crescimento ou envelhecimento ou são inicialmente desconhecidas para bebês, uma capacidade de aprendizado pode melhorar a hiperadaptabilidade do controle motor humano para manter a estabilidade postural e economizar energia na vida diária. Este estudo tentou gerar uma rede neural auto-organizada que pode coordenar adaptativamente o modo postural sem assumir um modelo corporal prévio em relação à dinâmica e cinemática do corpo. Os modos de coordenação postural são reproduzidos em tarefas de rastreamento de cabeça-alvo por meio de um algoritmo de aprendizado de reforço profundo. As transições entre os tipos de coordenação postural, ou seja, os modos de coordenação em fase e antifase, podem ser reproduzidas alterando a condição de tarefa do alvo de rastreamento da cabeça, alterando as frequências do alvo em movimento. Esses modos são considerados fenômenos emergentes existentes em tarefas de rastreamento da cabeça humana. Vários índices de avaliação, como correlação e fase relativa da articulação do quadril e do tornozelo, são analisados ​​para verificar o desempenho da rede neural auto-organizada para produzir a transição da coordenação postural entre os modos em fase e antifase. Além disso, após o aprendizado, a rede neural também pode se adaptar a mudanças contínuas de condição de tarefa e até mesmo a condições de massa corporal não aprendidas, mantendo alternância consistente de modo em fase e antifase.

Compreender a coordenação postural humana é essencial para projetar exercícios de reabilitação para melhorar a qualidade de vida de idosos e pessoas com deficiências motoras ou com distúrbios cerebrais, como o acidente vascular cerebral. Explorar os mecanismos adaptativos e sinérgicos de controle da postura é importante para promover a recuperação do equilíbrio por meio de um design de treinamento físico eficaz.

Estudos de controle do equilíbrio humano têm sido amplamente conduzidos para entender as habilidades de aprendizado motor humano em tarefas diárias em pé1,2. As estratégias básicas de controle do equilíbrio humano, como a estratégia do tornozelo e a estratégia do quadril, foram bem estudadas por meio de experimentos humanos3,4,5 e simulações de modelagem computacional6,7,8,9,10. Essas estratégias, incluindo as restrições cinemáticas e cinéticas dos motores do corpo, nos ajudariam a entender a mudança de modo funcional existente da coordenação postural no controle do equilíbrio sob várias perturbações externas ou em atividades supra-posturais relacionadas.

Os padrões de controle postural sobre as articulações do quadril e do tornozelo3 e as fases relativas, como em fase e antifase, foram definidos para avaliar os padrões de coordenação. Seus pontos fortes e limitações foram discutidos em um estudo11 para a coordenação postural quadril-tornozelo em várias tarefas de alcance. Como unidades de coordenação motora12, os movimentos entre as articulações do quadril e do tornozelo são necessários para o controle postural no apoio13. A coordenação do tornozelo e quadril durante a estratégia de ficar em pé quieto14, para duas condições: olhos abertos e fechados, foi observada com os correspondentes retratos de fase do deslocamento angular, velocidade e aceleração do quadril e tornozelo. As contribuições das articulações do tornozelo e do quadril foram destacadas para o controle multissegmentar em experimentos humanos em participantes saudáveis ​​e com Parkinson, bem como em simulações de modelos computacionais15. Da mesma forma, a coordenação do movimento intersegmentar entre as articulações do quadril e do tornozelo influenciada pelas frequências de oscilação em relação às estratégias de controle do equilíbrio, como a estratégia do tornozelo e do quadril-tornozelo, foi utilizada para avaliar as deficiências sensoriais e motoras na lesão incompleta da medula espinhal (iSCI) 16. Em relação ao fenômeno de auto-organização da coordenação postural, os trabalhos do grupo de Bardy são bem conhecidos de que o modo de auto-organização surge naturalmente com dois modos, "em fase ou anti-fase", das articulações do quadril e do tornozelo nos experimentos de rastreamento da cabeça humana17 ,18,19. Dependendo da frequência alvo na tarefa dada ao sujeito, o modo em fase foi empregado para baixas frequências e o modo antifase foi empregado para altas frequências.