Nonlinear neural control using feedback linearization explains task goals of central nervous system for trunk stability in sitting posture
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Objective. Characterizing the task goals of the neural control system for achieving seated stability has been a fundamental challenge in human motor control research. This study aimed to experimentally identify the task goals of the neural control system for seated stability. Approach. Ten able-bodied young individuals participated in our experiments, which allowed us to measure their body motion and muscle activity during perturbed sitting. We used a nonlinear neuromechanical model of the seated human, along with a full-state feedback linearization approach and optimal control theory for identifying the neural control system and characterizing its task goals. Main results. We demonstrated that the neural feedback for trunk stability during seated posture uses angular position, velocity, acceleration, and jerk in a linearized space. The mean squared error between the predicted and measured motor commands was less than 0.6% among all trials and participants, with a median correlation coefficient <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" overflow="scroll"> <mml:mfenced close=")" open="("> <mml:mi>r</mml:mi> </mml:mfenced> </mml:math> of more than 0.9. Our identified optimal neural control primarily used trunk angular acceleration and near-minimum muscle activation to achieve seated stability while keeping the deviations of the trunk angular position and acceleration sufficiently small. Significance. Our proposed approach to neural control system identification relied on a performance criterion (e.g. cost function) explaining what the functional goal is and subsequently, finds the control law that leads to the best performance. Therefore, instead of assuming what control schemes the neural control might utilize (e.g. proportional-integral-derivative control), optimal control allows the motor task and the neuromechanical model to dictate a control law that best describes the physiological process. This approach allows for a mechanistic understanding of the neuromuscular mechanisms involved in seated stability and for inferring the task goals used by the neural control system to achieve the targeted motor behavior. Such neural control characterization can contribute to the development of objective balance evaluation tools and of bio-inspired assistive neuromodulation technologies.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».