Understanding of hand muscles involvement: towards a linkage between biomechanical modeling and motor control theories

Abstract

Abstract. This study aimed at testing the pertinence of mimicking motor control theories in biomechanical models as a strategic direction for improving the understanding of muscle involvement. The theory of "minimization of the secondary moments of the hand" was added to an initial biomechanical model and was tested for several anatomic hand configurations (intact hand, paralyzed hand with radial nerve palsy, and transferred hand after tendon transfers). Results showed that the muscle sharing is governed by the minimisation of secondary moment for each anatomic hand configuration. In particular, co-contractions of extensor muscles were used to stabilize the wrist joint in both intact and transferred hands. Overall, this study showed that specific tuning of motor control theories rules may represent a strategic direction for improving biomechanical models. Enhancements are suggested in order to generalize this approach to others musculoskeletal systems.Key words: Biomechanical model, optimization, hand/finger muscle, tendon transfers, motor control theories Résumé. Utilisation des théories du contrôle moteur dans les modèles biomécaniques de la main pour mieux comprendre le recrutement musculaire. L'objectif de ce travail est de montrer que les lois du contrôle moteur de la main peuventêtre utilisées dans les modèles biomécaniques pour mieux comprendre le recrutement musculaire. Pour cela, le principe de (( minimisation des moments secondaires )) est implémenté dans un modèle biomécanique de la main en rajoutant l'équilibre de l'articulation du poignet dans la procédure d'estimation des tensions musculaires. Différentes conditions anatomiques de main sont testées : main intacte, main paralysée suiteà une atteinte du nerf radial et main réanimée suiteà un transfert tendineux (technique dite de (( Tsugé ))). Cela permet de modifier les capacités musculaires tout en gardant les moments secondaires identiques. Les résultats montrent que la distribution des forces entre les muscles des doigts et du poignet reste fidèle au principe de minimisation des moments secondaires quelque soit la condition anatomique testée. Lorsque le système musculaire le permet (main intacte et réanimée), le recoursà l'utilisation de co-contractions avec les extenseurs des doigts reste la solution la plus avantageuse pour stabiliser les moments secondaires. Il apparaît que l'utilisation du principe de minimisation des moments secondaires permet d'améliorer les modèles biomécaniques dans leur capacitéà montrer et expliquer les co-contractions. Au regard de ces résultats, la généralisation de cette méthodologie pour d'autres modèles biomécaniques est discutée.