بخشی از پاورپوینت
اسلاید 2 :
مقدمه
سيستم حركتي انسان
سينرجي (تعريف)
روشهاي استخراج سينرجيها
وجود عدم قطعيت در سيستم عصبي حركتي و نياز به مدل دروني
كنترل بهينه پسخوري
تئوري مانيفولد كنترل نشده
كنترل حركت توسط سينرجيهاي عضلاني
اسلاید 3 :
برخي ويژگيهاي سيستم حركتي انسان:
يادگيري و تطابق
درجات آزادي فراوان
وجود عدم قطعيت در سيستم حسي و حركتي
تكرارپذيري و قابليت اطمينان دستيابي به اهداف حركتي
تفاوت حركت ها در جزئيات
وجود نويز در سيگنال حسي و حركتي
اسلاید 4 :
مشكل درجات آزادي
مثلا براي حركت دست در صفحه افق
متغيرهاي فضاي حالت: 2 متغير زواياي مفصل، 2 متغير سرعت زاويهاي مفاصل و 6 متغير براي فعاليت ماهيچهها
براي مدل نسبتا كاملي از دست (شامل مچ و انگشتان) اگر10 مفصل و 50 ماهيچه درنظر گرفته شود، تعداد متغيرهاي حالت به 70 ميرسد.
در اين فضاي كنترلي بهدليل بعد بالاي فضاي حالت، با مشكل دردسر بعد زياد مواجه ميباشيم.
اسلاید 5 :
مشكل درجات آزادي (ادامه)
روش هاي پيشنهاد شده براي حل مشكل درجات آزادي:
استراتژي حذف كردن (Bernstein 1967, Newell 1991, Vereijken et al. 1992)
استفاده از روشهاي بر مبناي بهينهسازي (Mussa- Ivaldi 1991, Rosenbaum et al. 1995, Todorov 2002,2004)
سينرجي (در سطح نيروها، واحدهاي موتوري و ماهيچهها) (Mussa-Ivaldi et al. 1994, Thoroughman & shadmehr 2000, Todorov 2002, Cheung 2007, Latash et al. 2010 )
اسلاید 6 :
بلوكهاي حركتي اوليه
بلوك هاي حركتي بر مبناي ايدهاي است كه خروجي حركتي ساختاري ماجولار دارد
ميدانهاي نيرو
تحريك الكتريكي نخاع منجر به فعاليت ماهيچهاي شده كه در نقطه خاصي به تعادل ميرسد
تحريك همان نقطه در وضعيتهاي مختلف عضو منجر به اندازه و جهتهاي انقباضي متفاوتي ميشود كه به يك نقطه همگرا است
حركت به صورت تركيب اين ميدانها ايجاد ميشود
اسلاید 7 :
A و :B ميدان نيروي ناشي از تحريك دو نقطه متفاوت از نخاع
C: ميدان محاسبه شده براي تحزيك توام A و B
D: ميدان واقعي ناشي از تحريك توام A و B
اسلاید 8 :
تعاريف متفاوت سينرجي
دو ماهيچه با عملكرد مشابه را ماهيچههاي سينرجيك و ماهيچههاي با عملكرد مخالف را آنتاگونيست گويند (Kandel et al. 2000)
ماهيچههايي كه براي رفتاري خاص، با يكديگر فعال ميشوند را تحت يك سينرجي دستهبندي ميكنند (Smith et al. 1985). در اين تعريف تنها از زمان شروع و پايان براي تعيين سينرجيها استفاده ميشود.
اسلاید 9 :
تعاريف متفاوت سينرجي (ادامه)
استخراج سينرجيها از دادههاي EMG چند كاناله با استفاده از PCA (Shemmell et al. 2005, Krishnamoorthy et al. 2003) يا ICA (Hyvarinen & Oja 2000, Hart &Giszter 2004). در اين تعريف يك ماهيچه ميتواند متعلق به چندين سينرجي باشد.
در اين تعريف سينرجي، تعادلي ميان پروفايل فعاليت چندين ماهيچه است.
اسلاید 10 :
تعاريف متفاوت سينرجي (ادامه)
مشابه تعريف قبل، هر سينرجي نمايش تعادلي ميان پروفايل فعاليت ماهيچهها است. فرق اين تعريف با تعريف قبل، اين است كه فرض ميشود كه مولفههاي سينرجي و نيز ضرايب فعاليت آنها مثبت هستند. (d’Avella 2000, Ting & Mcpherson 2005, Cheung et al. 2005)
تعداد سينرجيهاي بدست آمده در دو تعريف اخير، كمتر از تعداد بدست آمده از تعريف 2 است (Krouchev et al. 2006).
در تعريفهاي بالا، سينرجيها سنكرون فرض شده اند كه ميتوانند متغير با زمان نيز باشند. (d’Avella et al. 2006)
اسلاید 11 :
تعاريف متفاوت سينرجي (ادامه)
اين تعريف نيز مشابه با 2 تعريف قبل است. سينرجيها، گروههايي از المانها هستند كه متغير عملكردي خاصي را پايدار ميسازند (در اين حالت از تئوري UCM) استفاده شده است كه در صفحات بعد توضيح داده شده است. (Krishnamoorthy et al. 2003, Asaka et al. 2008, Marieke et al. 2011 )
اسلاید 12 :
سينرجي
سينرجي ماهيچهاي: فعاليت منسجم، زماني و مكاني مجموعهاي از ماهيچهها در ارتباط با يكديگر به منظور پايدار ساختن متغير عملكردي خاص
پروفايل فعاليت ماهيچهاي از تركيب اين سينرجيها (شيفت زماني و ميزان فعاليت) ايجاد ميشود
اسلاید 13 :
سينرجي
مزيتهاي استفاده از سينرجي در كنترل حركت:
كاهش افزونگي بهدليل محدود ساختن مجموعه الگوهاي ماهيچهاي قابل دسترس
حذف الگوهاي ماهيچهاي خاص كه منجر به حركات ناهماهنگ ميشوند به دليل فعاليت گروهي ماهيچهها
ساده ساختن تعميم دهي كنترل حركت بااستفاده از اصلاح ميزان و نحوه فعاليت مجموعه ثابتي از سينرجيها
نگاشتي مابين اهداف حركتي (در سطح انجام حركت) و دستورات حركتي (در سطح فرمانهاي مغزي)
اسلاید 14 :
روشهاي استخراج سينرجيها
دادههاي عملي عمدتا بسيار پيچيده و با بعد بالا هستند. از روشهاي جداسازي ماتريسي به منظور تعيين زيرفضاي اصلي مربوط به داده واقعي ميتوان استفاده كرد.
برخي روشهاي مطرح در استخراج سينرجي ها
ICA (Bell & Sejnowski 1995, Kargo & Nitz 2003, Hart & Giszter 2004)
PCA (Jolliffe 2002, Krishnamoorthy et al. 2003, Shemmell et al. 2005)
Nonnegative Matrix Factorization (Lee & Seung 1999, Tresch et al. 2006, Cheung 2007, Cheung et al. 2009)
UCM (Scholz & Schoner 1999, Asaka et al. 2008, Marieke et al. 2011)
اسلاید 15 :
نحوه تعيين سينرجيهاي ماهيچهاي
ثبت EMG از تعدادي ماهيچه در طي انجام حركتي خاص
تعيين مجموعهاي از سينرجيها (بردارهاي پايه اصلي) با استفاده از روشهاي تجزيه ماتريسي چون تجزيه غيرمنفي ماتريس يا آناليز مولفههاي مجزا
ارزيابي: آيا مجموعه سينرجيها ميتوانند به خوبي، پايگاه داده اوليه (EMG هاي ثبت شده) را توصيف كنند؟
ارتباط مابين سينرجيهاي استخراج شده و متغيرهاي موردنظر سيستم عصبي حركتي
اسلاید 16 :
الگوريتم تجزيه غيرمنفي ماتريس (NMF)
سينرجيهاي به دست آمده از PCA و يا ICA حالتي جامع دارند يعني مولفههاي غيرصفر براي بيشتر ماهيچههاي درگير وجود دارند.
با استفاده از روش NMF، سينرجيهاي مشترك بين حركتهاي متفاوت و سينرجيهاي خاص هر حركت را ميتوان همزمان تعيين نمود. (الگوريتم بروز رساني به صورت ضربشونده)
NMF با داشتن ماتريس غيرمنفي V، ماتريسهاي غيرمنفي W و H را به دست ميآورد كه: (r كوچكتر از n و m انتخاب ميشود
اسلاید 17 :
الگوريتم تجزيه غيرمنفي ماتريس (ادامه)
اين الگوريتم نياز به 2 ورودي دارد
تعداد سينرجيها: N
ماتريس سيگنالهاي كنترلي
هدف الگوريتم يافتن مجموعهاي مناسب از سينرجيها است كه
در هر قدم W و C به صورت ضربي بروز ميشوند
اين روش هنگاميكه حركات از لحاظ مدت زمان اجرا بسيار متفاوت باشند، قابل اعمال نميباشد.
اسلاید 18 :
انواع سينرجي
Synchronous synergies:
تاخير زماني بين ماهيچهها مجاز نميباشد
فعاليت تمامي ماهيچههاي موجود در سينرجي در هنگام فعال شدن سينرجي
Time varying synergies:
بخش زماني: هر ماهيچه پروفايل زماني خاص خود را دارد. بين فعاليت ماهيچهها در سينرجي، تاخير وجود دارد
بخش مكاني: توازن فعاليت ميان ماهيچه ها
اسلاید 19 :
Synchronous muscle synergy
اسلاید 20 :
Time-varying muscle synergy
دو سينرجي ماهيچهاي وابسته به زمان
