This work presents a computer mathematical model of the human neuromusculoskeletal
system specially designed to study the postural balance in standing. In addition to the
extrafusal muscle tissue properties commonly used in traditional muscle models applied
to study human movement and posture, this model includes two components physiologically
important of postural control system: the intrafusal muscle tissue properties and
intrinsic reflex responses provided by three neuromuscular organs (muscle spindles, Golgi
tendon and Rhenshaw cells). The global model treats the body as a single-link inverted
pendulum supported by a pair of muscle-reflex actuators (Winters, 1995) controlled by a
proportional-integral-derivative controller.
Model simulations were made with and without the contribution of the modelled reflex
responses. The results were compatible with those presented in other investigations based
on experimental data. In this manner, three fundamental properties of somatosensory
feedback system were mathematically had been proven: (i) its anticipatory characteristic,
(ii) its capacity to maintain alone the human body in standing posture and (iii) the
incapacity of the body in supporting itself in that position in the absence of the modelled
reflex responses. This model analysis allows one to conclude that the modelled reflex
responses plays a fundamental role when a subject maintains an upright posture. This model can be used to formulate hypothesis about the origin of the feedback somatosensory
deficits on human postural control in standing. / Este trabalho apresenta um modelo matemático computacional do sistema neuro-músculo-esquelético humano especialmente desenvolvido para o estudo da estabilidade da
postura ereta quasi-estática. Em adição ao sistema muscular extrafusal abordado nos
modelos musculares usualmente empregados para estudar o movimento e a postura humana,
o modelo inclui dois outros componentes fisiologicamente importantes do sistema
de controle postural: o sistema muscular intrafusal e as respostas reflexas intrínsecas
provenientes de três estruturas neuromusculares (fusos musculares, órgãos tendinosos de
Golgi e interneurônios inibitórios). O modelo global consiste num pêndulo simples invertido
sustentado por um par de atuadores músculo-reflexo (Winters, 1995) acionados por
um controlador proporcional-integral-derivativo (PID).
Simulações do modelo foram processadas com e sem a contribuição dos reflexos modelados.
Os resultados se apresentaram compatíveis com aqueles apresentados em outros
trabalhos baseados em observações experimentais. Deste modo, três propriedades fundamentais
do sistema de realimentação sensorial foram matematicamente comprovadas:
(i) sua característica antecipatória, (ii) sua capacidade de manter de forma autônoma o
corpo na postura ereta quasi-estática e (iii) a incapacidade do corpo em se sustentar naquela
postura na ausência dos reflexos modelados. Isto permite concluir que tais reflexos
desempenham um papel fundamental no controle da postura ereta quasi-estática humana.
Este modelo pode ser usado para formular hipóteses a respeito da causa de déficits de
feedback somatosensorial no controle postural durante a postura ereta. / Doutor em Ciências
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/urn:repox.ist.utl.pt:RI_UFU:oai:repositorio.ufu.br:123456789/14282 |
| Date | 07 April 2006 |
| Creators | Naves, Eduardo Lázaro Martins |
| Contributors | Soares, Alcimar Barbosa, Pereira, Adriano Alves, Lamounier Júnior, Edgard Afonso, Menegaldo, Luciano Luporini, Duarte, Marcos |
| Publisher | Universidade Federal de Uberlândia, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, UFU, BR, Engenharias |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFU, instname:Universidade Federal de Uberlândia, instacron:UFU |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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