INTRODUCTION: Sensory systems within the head provide us with rich perceptual information and may require complex control of the head during locomotion when changing direction. Head position in space is maintained by head on trunk motion as well as lower extremity kinematic modifications, such as increased knee flexion and increased stance time in order to facilitate shock attenuation and reduce vertical CoM displacement. It has been established that the body organizes its degrees of freedom of the trunk, pelvis and lower extremities differently during anticipated and unanticipated sidestepping, which raises the question of how these modifications affect head control during change of direction tasks. METHODS: Fourteen collegiate soccer players performed 7 anticipated and 7 unanticipated sidestepping tasks. Kinematic data were recorded using an 11-camera motion capture system (Qualysis, Inc., Gothenburg, Sweden) sampling at 240 Hz. Head and trunk orientation was quantified at penultimate toe off. A modified vector coding analysis was used to quantify the coordination and coordination variability between the head and trunk during the anticipated and unanticipated side-stepping trials. Differences in head-trunk orientation and coordination pattern frequencies were assessed with a paired t-test with an . One-dimensional statistical parametric mapping (SPM1D) was used to compare coordination variability waveforms. RESULTS: The head (p < 0.01, ES = 0.82) and trunk (p < 0.05, ES = 0.59) were significantly more oriented toward the new travel direction during anticipated compared to unanticipated sidestepping. No significant differences in transverse or sagittal plane coordination were observed throughout the change of direction stride. However, during unanticipated sidestepping we observed significantly reduced in-phase head-trunk coordination during the preparatory phase in the sagittal (p = 0.04, ES = 0.63) and transverse (p = 0.02, ES = 0.73) planes but did not find differences in the stance or post-transition phases. Coordination variability did not differ between anticipated and unanticipated conditions. Irrespective of planning time, greater transverse plane coordination variability was observed during the flight phases compared to the stance phase (p < 0.01) of the change of direction stride. Sagittal plane coordination variability was significantly greater during the preparatory phase than the stance phase (p < 0.01), and stance phase coordination variability was significantly greater than post-transition phase variability (p < 0.01). SIGNIFICANCE: Our results suggest differences in coordination between the head and trunk between anticipated and unanticipated sidestepping emerge during the preparatory phase of the change of direction stride, from penultimate step toe off to transition step heel strike. Anticipated and unanticipated sidestepping are different tasks, but individuals are consistent in the way the head-trunk coupling is controlled. Relating variability to task goals may allow for a better understanding of the beneficial aspects of variability observed at the head.

xviii, 125p. : ill. (some col.) A print copy of this thesis is available through the UO Libraries. Search the library catalog for the location and call number. / Trunk control is critical for all functional movement, yet little is known about the development of trunk stability. Previous research considered the trunk to be one rigid segment ignoring the complexity of multiple spinal segments. In healthy adults spinal control is so well orchestrated that this assumption is reasonable; however during development and more specifically in pathological conditions in which spinal control is immature or compromised, this assumption may prevent accurate analysis and/or treatment of the condition. This dissertation investigates the mechanisms used by typical infants in gaining postural control of spinal segments for independent sitting. Infant data were compared to data from children with cerebral palsy (CP). The contribution of spinal segments was assessed by stabilizing the trunk in vertical alignment with four levels of support (axillae, mid-ribs, waist or hips). Documentation of postural sway of the head reflected the motor control available in the free segments of the spine. Kinematic data were collected bimonthly from 3 to 9 months of age in typically developing infants and 3-4 times over a 4 month time span in children with CP. The infants' response to external support changed in a non-linear, stage-like fashion as they transitioned from immature to mature spinal control. Head stability emerged first at higher levels of trunk support and gradually progressed in a cephalocaudal pattern to lower levels of support. Emergence of functional sitting was associated with mastery of postural control in the lower lumbar and pelvic regions of the spine. The severity of CP was related to the level of spinal control achieved. Children with severe CP had control in the cervical or upper thoracic spine while those with moderate CP had control into the mid to lower thoracic spine. In addition, behavioral patterns seen in children with CP were consistent with developmental stages seen in typical infants during acquisition of vertical alignment. These findings challenge the existing clinical practice of evaluating and treating the trunk as a single segment, offer intermediate measures of progression of spinal control and propose that a more specific approach may create the foundation for improved motor outcomes in pathological populations. / Committee in charge: Marjorie Woollacott, Chairperson, Human Physiology; Paul van Donkelaar, Member, Human Physiology; Andrew Karduna, Member, Human Physiology; Shawn Lockery, Outside Member, Biology

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:18:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4460.pdf: 3155980 bytes, checksum: 07f27821d9b649411a8d031d8f90ba16 (MD5) Previous issue date: 2012-04-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / Head movements play an important role in typical motor development because they form the basis for the emergence of fundamental motor skills such as reaching and sitting. In addition, the head is the first part of the body to develop antigravity control, and serve as a frame for the organization of postural control. The aims of this longitudinal study were: 1) to provide information about the behavioral (frequency of head movement; proportion of head initial position to the right, left and midline; proportion of movement type sideto- midline, midline-to-side and side-to-side) and kinematics (amplitude of head movement: flexion, inclination and rotation; duration of the movement; mean angular velocity; peak velocity; deceleration index; number of movement unit; number of movement unit after peak velocity; mean duration of movement unit; mean duration of movement unit after peak velocity; duration of the longest movement unit) changes during the acquisition of head control in supine position; 2) to verify and to describe the age-related changes observed in the spatial-temporal organization of the head movement; 3) to verify e if different body orientations (unsupported supine; supported supine head supported and semi flexed approximately to 15° over an infant pillow; and supported reclined- head supported and semi flexed approximately and the body reclined to 20° with the horizontal plane) and if external head support can improve the alignment between head and trunk, thus turning the head movement more controlled and 4) to verify if the body orientation can facilitate the head movement in younger infants (from birth to two months), as they head movement are not as controlled as older infants. To this end, 17 infants were longitudinally assessed once a month. They were presented with a black and white card that was moved sideward in front of their face in all the conditions (unsupported supine, supported supine and supported reclined. Results of study 1, focused in the age-related effect of head movement showed that with age, particularly from two months onwards, the head was more often held at body midline. A larger amount of head movements and an increase in amplitude and speed of the head movement accompanied this change between two and three months. Kinematic analysis also showed that head movements were organized in movement units that increased in number until three months of age, but significantly decreased afterwards (especially the number of movement units after peak velocity). The results about body orientation manipulation, study 2, showed that the behavioral and kinematic analyses in the supported supine and supported reclined conditions, showed an increase in the proportions of head positions at the body midline and midline-to-side head movements in comparison to the unsupported supine condition. Further, a lower mean angular velocity and a prolonged duration of the head movement and its constituent movement units (including the longest movement unit) were observed in the supported supine and reclined conditions. The results suggest that the velocity profile became more symmetrical with age, especially after two months-old onwards, which is indicative for better and more efficient control of the head movements. Importantly, many of the differences only occurred when infants were younger than three months of age. In sum, vii the head movement became more fluent and well-organized through age, especially after three months. The external support of the head led to an improvement in the alignment of head and trunk, which promoted better-controlled head movements, especially in the younger infants. This suggests that neck muscle strength is an important limiting factor in the development of head movements. / Os movimentos de cabeça são importantes no desenvolvimento motor típico, uma vez que formam a base para a emergência das habilidades motoras fundamentais, como o alcance e o sentar independente. Além disso, a cabeça é a primeira parte do corpo a desenvolver controle antigravitacional, servindo como ponto de referência para a organização do controle postural. Os objetivos deste estudo longitudinal foram: 1) fornecer informações sobre as mudanças comportamentais (frequência de movimento; proporção de posição inicial da cabeça à direita, esquerda ou linha média; proporção de tipo de movimento de lado a linha média, linha média a lado ou lado a lado) e nos parâmetros cinemáticos (amplitude de movimento: flexão, inclinação e rotação; duração do movimento; velocidade angular média; pico de velocidade; índice de desaceleração; número de unidades de movimento; número de unidades de movimento após o pico de velocidade; duração média das unidades de movimento; duração média das unidades de movimento após o pico de velocidade e duração média da unidade de movimento mais longa) observadas durante o período de aquisição do controle de cabeça, ou seja, do nascimento aos quatro meses de idade, em lactentes típicos em decúbito supino; 2) identificar e descrever as mudanças observadas com a idade na organização espaçotemporal da estrutura básica do movimento de cabeça; 3) verificar se mudanças na orientação corporal do lactente (supino; supino com suporte de cabeça - cabeça apoiada e semi-flexionada a aproximadamente 15º por meio de um travesseiro infantil; e reclinado com suporte de cabeça - cabeça apoiada e semi-flexionada e o corpo reclinado a 20º com o plano horizontal) e o fornecimento de apoio externo de cabeça favorecem o alinhamento entre cabeça e tronco e o controle dos movimentos de cabeça em lactentes a termo e 4) verificar se a orientação corporal pode ser considerada um agente facilitador do movimento de cabeça em lactentes mais jovens (do nascimento aos dois meses), visto que estes apresentam o controle de cabeça menos desenvolvido que os lactentes mais velhos. Para isso, 17 lactentes foram avaliados longitudinalmente, do nascimento aos quatro meses de idade. Era apresentado aos lactentes um cartão de estimulação visual, nas cores branca e preta, o qual era movido diante dos olhos do lactente, de um lado para o outro em todas as condições experimentais (supino, supino com suporte de cabeça e reclinado com suporte de cabeça). Os resultados do estudo 1 mostraram que com a idade, particularmente a partir dos dois meses, a cabeça do lactente encontra-se mais frequentemente alinhada com a linha média do tronco. A frequência, a amplitude e a velocidade também aumentaram entre dois e três meses. A análise cinemática demonstrou que os movimentos de cabeça são organizados em unidades de movimento, as quais aumentaram em número até os três meses, mas diminuíram significativamente após essa idade (especialmente o número de unidades de movimentos após o pico de velocidade). Em relação à orientação corporal, os resultados do estudo 2 mostraram que nas condições supino com suporte e reclinado com suporte os lactentes apresentaram maior proporção de movimentos iniciados na linha média e de linha média a lado, quando comparados à condição supino sem suporte. Além disso, foi observado diminuição na x velocidade angular média e aumento na duração do movimento da cabeça e de seus componentes constituintes (incluindo a unidade de movimento mais longa) nas condições de suporte, o que sugere maior simetria do perfil da curva da velocidade com a idade, especialmente a partir dos dois meses, indicando melhor e mais eficiente controle dos movimentos de cabeça. Ressaltamos que várias diferenças foram observadas para os lactentes mais jovens que três meses. Em resumo, o movimento de cabeça torna-se mais fluente e harmônico com a idade, especialmente a partir dos três meses e o suporte externo de cabeça favorece o alinhamento da cabeça e do tronco, o qual promove movimentos mais controlados, especialmente em lactentes jovens. Isto sugere que a força muscular cervical é um importante fator limitante para o desenvolvimento dos movimentos de cabeça. Os movimentos de cabeça são importantes no desenvolvimento motor típico, uma vez que formam a base para a emergência das habilidades motoras fundamentais, como o alcance e o sentar independente. Além disso, a cabeça é a primeira parte do corpo a desenvolver controle antigravitacional, servindo como ponto de referência para a organização do controle postural. Os objetivos deste estudo longitudinal foram: 1) fornecer informações sobre as mudanças comportamentais (frequência de movimento; proporção de posição inicial da cabeça à direita, esquerda ou linha média; proporção de tipo de movimento de lado a linha média, linha média a lado ou lado a lado) e nos parâmetros cinemáticos (amplitude de movimento: flexão, inclinação e rotação; duração do movimento; velocidade angular média; pico de velocidade; índice de desaceleração; número de unidades de movimento; número de unidades de movimento após o pico de velocidade; duração média das unidades de movimento; duração média das unidades de movimento após o pico de velocidade e duração média da unidade de movimento mais longa) observadas durante o período de aquisição do controle de cabeça, ou seja, do nascimento aos quatro meses de idade, em lactentes típicos em decúbito supino; 2) identificar e descrever as mudanças observadas com a idade na organização espaço-temporal da estrutura básica do movimento de cabeça; 3) verificar se mudanças na orientação corporal do lactente (supino; supino com suporte de cabeça - cabeça apoiada e semi-flexionada a aproximadamente 15º por meio de um travesseiro infantil; e reclinado com suporte de cabeça - cabeça apoiada e semi-flexionada e o corpo reclinado a 20º com o plano horizontal) e o fornecimento de apoio externo de cabeça favorecem o alinhamento entre cabeça e tronco e o controle dos movimentos de cabeça em lactentes a termo e 4) verificar se a orientação corporal pode ser considerada um agente facilitador do movimento de cabeça em lactentes mais jovens (do nascimento aos dois meses), visto que estes apresentam o controle de cabeça menos desenvolvido que os lactentes mais velhos. Para isso, 17 lactentes foram avaliados longitudinalmente, do nascimento aos quatro meses de idade. Era apresentado aos lactentes um cartão de estimulação visual, nas cores branca e preta, o qual era movido diante dos olhos do lactente, de um lado para o outro em todas as condições experimentais (supino, supino com suporte de cabeça e reclinado com suporte de cabeça). Os resultados do estudo 1 mostraram que com a idade, particularmente a partir dos dois meses, a cabeça do lactente encontra-se mais frequentemente alinhada com a linha média do tronco. A frequência, a amplitude e a velocidade também aumentaram entre dois e três meses. A análise cinemática demonstrou que os movimentos de cabeça são organizados em unidades de movimento, as quais aumentaram em número até os três meses, mas diminuíram significativamente xi após essa idade (especialmente o número de unidades de movimentos após o pico de velocidade). Em relação à orientação corporal, os resultados do estudo 2 mostraram que nas condições supino com suporte e reclinado com suporte os lactentes apresentaram maior proporção de movimentos iniciados na linha média e de linha média a lado, quando comparados à condição supino sem suporte. Além disso, foi observado diminuição na velocidade angular média e aumento na duração do movimento da cabeça e de seus componentes constituintes (incluindo a unidade de movimento mais longa) nas condições de suporte, o que sugere maior simetria do perfil da curva da velocidade com a idade, especialmente a partir dos dois meses, indicando melhor e mais eficiente controle dos movimentos de cabeça. Ressaltamos que várias diferenças foram observadas para os lactentes mais jovens que três meses. Em resumo, o movimento de cabeça torna-se mais fluente e harmônico com a idade, especialmente a partir dos três meses e o suporte externo de cabeça favorece o alinhamento da cabeça e do tronco, o qual promove movimentos mais controlados, especialmente em lactentes jovens. Isto sugere que a força muscular cervical é um importante fator limitante para o desenvolvimento dos movimentos de cabeça.