Repeating an arm movement has been shown to result in complex reorganization in the activity across the arm and the trunk musculature leading to changes in whole body coordination. Yet, the relationship between fatigue, arm movement and postural control is poorly understood. As such, the primary aim of this thesis was to investigate the effects of upper limb repetitive motion-fatigue on the control of posture and movement. Three-dimensional whole-body kinematics were recorded as subjects performed a repetitive pointing task between two shoulder height targets. The repetitive reaching task was performed until fatigue was introduced to the upper limb region as indicated by ratings of perceived exertion during the task and later verified using quantitative measures (maximal force output, electromyography signal changes). In addition, we applied stance perturbations in the form of surface translations every minute during the protocol.Kinematic adaptations were observed to occur in the presence of fatigue; these included both global postural measures as well as joint angle and position measures of the arm, shoulder and trunk. These adaptations developed soon after the start of the task. Adaptations also occurred in the temporal domain with significant changes occurring at both the inter- and intra-reach level. These adaptations occurred in multiple directions with predominant adaptations occurring in directions orthogonal to the main movement direction. Despite these changes, the coordination between the postural (CoM) and focal task components (finger trajectory) was unaffected by fatigue, even during the surface translations. However, surface translations induced changes in kinematic characteristics of the arm and trunk, predominantly in the anterior-posterior direction, while changes in the mediolateral kinematic characteristics of the shoulder occurred with fatigue.The findings presented in this thesis support the conclusion that repetitive motion induced arm fatigue leads to both movement and postural adaptations and that the central nervous system (CNS) takes advantage of redundant degrees of freedom by making these adaptations in multiple directions spatially and across various temporal domains. The responses to shoulder fatigue and to postural perturbations occur predominantly in directions orthogonal to each other, and thus minimally interact with each other, suggesting that strategies are consistent with the principle of minimal interaction of motor control. / Il a été démontré que les mouvements répétitifs du bras résultent en une réorganisation complexe de l'activité des muscles du bras et du tronc, amenant des changements de coordination corporelle. Cependant, la relation entre la fatigue et le contrôle des mouvements du bras et de la posture est mal comprise. L'objectif principal de cette thèse était d'investiguer les effets de la fatigue induite par les mouvements répétitifs du membre supérieur sur le contrôle de la posture et du mouvement. La cinématique corporelle tridimensionnelle a été enregistrée alors que les sujets effectuaient une tâche répétitive de pointage entre deux cibles placées à la hauteur de l'épaule. La tâche répétitive de pointage a été effectuée jusqu'à ce que la fatigue soit induite au membre supérieur, telle qu'indiquée par les scores de perception de l'effort durant la tâche et ensuite vérifiée à l'aide de mesures quantitative (force maximale produite, changements dans les signaux électromyographiques). De plus, nous avons appliqué des perturbations à la posture debout sous forme de translation de la surface de sustention chaque minute durant le protocole.Des adaptations cinématiques ont été observées en présence de la fatigue; celles-ci ont inclu des changements de posture globale ainsi que des différences angulaires et positionnelles au bras, à l'épaule et au tronc. Ces changements se sont développés rapidement après le début de la tâche. Les adaptations se sont également produites dans le domaine temporel avec des différences significatives entre les mouvements ainsi que durant chaque mouvement. Ces adaptations ont été apportées dans plusieurs directions, avec les changements prédominants apportés dans les directions orthogonales à la direction principale du mouvement. Malgré ces changements, la coordination entre les composantes posturales (CoM) et focale (trajectoire du doigt) n'a pas été affectée par la fatigue, même durant les translations de la surface. Cependant, celles-ci ont induit des changements dans les caractéristiques cinématiques du bras et du tronc, surtout dans la direction antéropostérieure, alors que les changements dus à la fatigue se sont produits surtout dans la direction médiolatérale.Les résultats présentés dans cette thèse supportent la conclusion que la fatigue induite par les mouvements répétitifs du bras amènent des adaptations de la posture et du mouvement et que le SNC utilise avantageusement la redondance de ses degrés de liberté en effectuant ces adaptations dans plusieurs directions et à travers plusieurs domaines temporels. Les réponses à la fatigue et aux perturbations posturales sont effectuées dans des directions principalement orthogonales l'une de l'autre et donc interagissent minimalement ensemble, suggérant que les stratégies sont cohérentes avec le principe d'interaction minimale du contrôle moteur.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.104680 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Fuller, Jason |
| Contributors | Julie Cote (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Kinesiology and Physical Education) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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