Modelagem e simulação do sistema neuromuscular responsável pelo controle do torque gerado na articulação do tornozelo.

Abstract

SÃO PAULO 2013Autorizo a reprodução e divulgação total ou parcial deste trabalho, por qualquer meio convencional ou eletrônico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada a fonte. The neurophysiological control of movement has been studied from several standpoints. Human experiments are performed during the execution of a given motor task and, frequently, by applying an external stimulation (electrical, magnetic, or mechanical) to the neuromuscular system. These experiments provide a large amount of data concerning the functioning of the neuronal networks and biomechanical actuators involved in the procedures. Nonetheless, some experimental findings remain puzzling, so that other available resources should be used to clarify what mechanisms are behind these results. In this vein, the mathematical modeling and computer simulations are invaluable tools that may be used to better understand the neurophysiological and biomechanical mechanisms underlying the motor control. The present PhD thesis aimed at providing a biologically plausible neuromusculoskeletal model that was used to study different mechanisms involved in the control of the ankle joint torque. This model was based on a previous neuromuscular model, which did not employ several elements that are fundamental to a comprehensive evaluation of the motor system. The novel proposed model encompasses motor neuron models with active dendrites, muscle proprioceptors responsible for the short-and medium-latency reflex pathways, muscle models with the main viscoelastic features, and a biomechanical model of the human body during upright stance. It was applied to a series of problems frequently related to the functioning of the neuromusculoskeletal system and its main outcomes provided important theoretical bases for a set of experimental findings. Catalogação da Publicação Serviço de Processamento Técnico Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Identificação de sistemas para o estudo de controle motor.

“…Mais recentemente, diversos modelos computacionais neuromusculoesqueléticos de largaescala biologicamente realistas foram desenvolvidos (BASHOR, 1998;SUBRAMANIAN;OKEY;MILLER, 2005;STIENEN et al, 2007;BAKER, 2009a;RAPHAEL;TSIANOS;LOEB, 2010;FARINA, 2011a;GALLEGO et al, 2015b). Nesta linha, vem sendo desenvolvido no Laboratório de Engenharia Biomédica (LEB) da Universidade de São Paulo (USP) um modelo neuromusculoesquelético biologicamente realista (ver apêndice A), que possibilita a investigação do controle da força e do movimento produzidos pelo tríceps sural (TS) e pelo tibial anterior (TA) (CISI; ELIAS;CHAUD;ELIAS;ELIAS;KOHN, 2014). Nesse modelo, os circuitos neurais que comandam estes músculos são formados por neurônios individuais, modelados com base nos fenômenos biofísicos elementares obtidos de gatos (ZENGEL et al, 1985;FLESHMAN;SEGEV;BURKE, 1988) e a organização das redes de MNs segue princípios descritos na literatura experimental (JOHNSON et al, 1973).…”

“…Outros pontos ainda não totalmente esclarecidos são como os dendritos ativos podem afetar a transdução neuromecânica ou como as entradas de origem sensorial podem afetar o comportamento do núcleo de MNs. A investigação destas e outras questões poderão ter grande avanço ao se utilizar a mesma metodologia apresentada ao longo desta tese.A.1 MODELO DO NÚCLEO DE UNIDADES MOTORASO modelo do núcleo de unidades motoras usado foi descrito em (CISI;ELIAS;CHAUD;ELIAS;KOHN, 2014). Na Figura A.2 está um diagrama da estrutura do modelo do núcleo de unidades motoras.…”

Efeitos de neuropatias periféricas desmielinizantes em tarefas de controle motor estudados por meio de um modelo neuromuscular multiescala.

“…Ao realizar a integração numérica da aceleração muscular é possível obter a velocidade do músculo (𝑉), e ao integrar numericamente 𝑉 obtém-se o comprimento muscular. Os valores adotados para 𝑚 foram de 1,5 kg, 0,22 kg e 0,12 kg para os músculos SOL, GM e GL, respectivamente (ELIAS, 2013;WATANABE, 2012). A 2 (m/deg2) -2,243×10-6 -1,133×10-6 -1,249×10-6 -1,411×10-6 A 3 (m/deg3) -3,148×10-8 -3,496×10-8 -3,553×10-8 2,422×10-8…”