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Previous issue date: 2017-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The analysis of muscle activation and the modeling of the human body as a triple
inverted pendulum reveal some interesting quasi-quiet standing posture maintenance
mechanisms not observable in simpler models. Studies have shown some patterns of
coordination between body segments and muscles when standing under an upright
position, but due to the use of simpler models they did not reveal the exact role of the knee
in the upright posture. In this study, 25 young people participated in an experiment, in
which kinematic data and force platforms were collected. A complex coherence and phase
analysis was used between simulation of muscle activity, body segment kinematics and
inverse dynamics, in order to verify if there is a difference between the signals before and
after an induced disturbance, and how the trunk and knee joint behaves in a triple inverted
pendulum model of the body. Complex coherence is an analysis in the frequency domain
and reveals how well two signals correspond to one another. The activation of nine muscles
was simulated, and the resulting torque using the inverse dynamics at the ankle, knee and
hip joints was calculated, both using OpenSim software. The trunk worked in phase with
leg and thigh at low frequencies, and switched to anti-phase at high frequencies. However,
the trunk does not show significant coherence with any of the muscles analyzed besides
moving in delay with respect to the torque in the hip, which suggests that the trunk
oscillations occur passively. However, thigh and leg muscles activated in phase with trunk
muscles, suggesting a relationship between the movement of these segments. However, it
has to be considered that there are limitations in the simulations of muscle activation, so
that future experimental studies that confirm the data presented here are necessary. The
results show no significant difference between the pre-perturbation and post-perturbation
oscillations, but there is a greater variability in the angular oscillations of the segments,
indicating the challenge imposed to the postural control system and the work of recovering
the disturbance. Patterns of muscular activation in the ankle and pelvis were compatible
with previous studies, acting to maintain upright posture. / A análise da ativação muscular e a modelagem do corpo humano como um pêndulo
invertido triplo revelam alguns interessantes mecanismos de manutenção da postura ereta
quase-quieta não observáveis em modelos mais simples. Estudos já demonstraram alguns
padrões de coordenação entre os segmentos e músculos do corpo quando este se encontra
sob uma perturbação em posição ereta, mas devido ao uso de modelos mais simples não
revelaram o exato papel do joelho na postura ereta. Neste estudo, 25 jovens participaram
de um experimento, no qual foram coletados dados cinemáticos e de plataformas de força.
Foi utilizada uma análise de coerência complexa e de fase entre a simulação da atividade
muscular, a cinemática dos segmentos corporais e a dinâmica inversa, com o objetivo de
verificar se existe diferença entre os sinais antes e após uma perturbação induzida, e como
se comportam tronco e articulação do joelho em um modelo de pêndulo invertido triplo do
corpo. A coerência complexa é uma análise no domínio da frequência e revela o quão bem
dois sinais correspondem um ao outro. A ativação de nove músculos foi simulada, e o torque
resultante usando a dinâmica inversa nas articulações do tornozelo, joelho e quadril foi
calculado, ambos utilizando o software OpenSim. O tronco trabalhou em fase com perna
e coxa em baixas frequências, e muda para anti-fase em altas frequências. No entanto, o
tronco não apresenta coerência significativa com nenhum dos músculos analisados além
de se mover em atraso com relação ao torque no quadril, o que sugere que as oscilações do
tronco ocorrem de forma passiva. Entretanto, músculos da coxa e da perna ativaram em
fase com músculos do tronco, sugerindo relação entre a movimentação desses segmentos.
Porém, há de se considerar que há limitações nas simulações da ativação muscular,
de forma que estudos experimentais futuros que confirmem os dados ora apresentados
são necessários. Os resultados encontrados não apontam diferença significativa entre as
oscilações pré perturbação e pós perturbação, mas existe uma maior variabilidade nas
oscilações angulares dos segmentos, indicando o desafio imposto ao sistema de controle
postural e o trabalho de recuperação da perturbação. Padrões de ativação muscular no
tornozelo e na pelvis foram compatíveis com estudos anteriores, agindo na manutenção
da postura ereta.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.bc.ufg.br:tede/7158 |
| Date | 16 February 2017 |
| Creators | Lemes, Thiago Santana |
| Contributors | Vieira, Marcus Fraga, Vieira, Marcus Fraga, Santiago, Paulo Roberto Pereira, Campos, Mário Hebling |
| Publisher | Universidade Federal de Goiás, Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica e da Computação (EMC), UFG, Brasil, Escola de Engenharia Elétrica, Mecânica e de Computação - EMC (RG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG, instname:Universidade Federal de Goiás, instacron:UFG |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | -5088589215393046129, 600, 600, 600, 600, -7705723421721944646, -1017255114638026215, 2075167498588264571 |
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