姿勢のオープンループと閉ループ制御：圧力中心の軌跡のランダムウォーク分析

人間の姿勢制御システムを研究するための新しい概念的および理論的枠組みが導入されています。統計力学からの数学的手法が開発され、安定した分析と解釈に適用されます。この作業は、直立した姿勢を維持する行為は、一部は確率的プロセスと見なすことができるという仮定に基づいていました。25人の健康な若い被験者は、かなりの状態で研究されました。中央の圧力（COP）軌道は、1次元および2次元のランダムウォークとして分析されました。この新しいアプローチは、スタビログラムからの繰り返しの生理学的に意味のあるパラメーターの抽出につながりました。単一の被験者の個々のスタビログラムは、外観が非常に多様でランダムであるが、平均化された安定式拡散プロット（平均四角COP変位と時間間隔）の生成とともに、一貫した被験者固有のパターンが現れることが示されています。さらに、計算された結果で有意な被験者間の違いが見つかりました。これは、直立姿勢の維持に関与する制御メカニズムの定常状態の挙動は、年齢が一致し、人体系に類似した、健康な個人の集団の間でも非常に多様である可能性があることを示唆しています。これらのポスフォーググラフィ分析はまた、COPの軌跡がわずかなブラウン運動としてモデル化される可能性があり、少なくとも2つの制御システム - 短期メカニズムと長期メカニズムが終了中に動作することを実証しました。より具体的には、現在の結果は、短期間隔でオープンループ制御スキームが姿勢制御システムによって利用されているのに対し、長期間隔で閉ループ制御メカニズムが呼び出されることを示唆しています。この研究は、邪魔されないスタンスの期間中に人体の定常状態の行動を研究することにより、姿勢制御システムの機能的組織について多くを学ぶことができる立場を強く支持しています。

A new conceptual and theoretical framework for studying the human postural control system is introduced. Mathematical techniques from statistical mechanics are developed and applied to the analysis and interpretation of stabilograms. This work was based on the assumption that the act of maintaining an erect posture could be viewed, in part, as a stochastic process. Twenty-five healthy young subjects were studied under quite-standing conditions. Center-of-pressure (COP) trajectories were analyzed as one-dimensional and two-dimensional random walks. This novel approach led to the extraction of repeatable, physiologically meaningful parameters from stabilograms. It is shown that although individual stabilograms for a single subject were highly variable and random in appearance, a consistent, subject-specific pattern emerged with the generation of averaged stabilogram-diffusion plots (mean square COP displacement vs time interval). In addition, significant inter-subject differences were found in the calculated results. This suggests that the steady-state behavior of the control mechanisms involved in maintaining erect posture can be quite variable even amongst a population of age-matched, anthropometrically similar, healthy individuals. These posturographic analyses also demonstrated that COP trajectories could be modelled as fractional Brownian motion and that at least two control systems-a short-term mechanism and a long-term mechanism-were operating during quit standing. More specifically, the present results suggest that over short-term intervals open-loop control schemes are utilized by the postural control system, whereas over long-term intervals closed-loop control mechanisms are called into play. This work strongly supports the position that much can be learned about the functional organization of the postural control system by studying the steady-state behavior of the human body during periods of undisturbed stance.