Diplomová práce se zabývá hodnocením komplexity a variability chůze
ve venkovním prostředí. Cílem práce je posoudit vliv tempa chůze a sekundární činnosti na komplexitu a variabilitu chůze u mladých zdravých jedinců. Výzkumný soubor tvořilo 29 probandů (18 žen, 11 mužů) ve věku 23,3 +/- 2,9 let. Testování chůze probíhalo na rovné asfaltové ploše ve třech různých variantách (chůze bez úlohy, s manuální úlohou, s kognitivní úlohou) a dvou tempech (přirozené, rychlé). Celkově bylo provedeno 6 měření. Pro záznam pohybu byla použita inerciální měřící jednotka (Physiolog, GaitUp, Lausanne, Švýcarsko, vzorkovací frekvence 128 Hz) umístěná na kůži nad pátý bederní obratel. Pro analýzu komplexity a variability byly vypočteny indikátory sample entropy (SampEn - pro komplexitu) a root mean square (RMS - pro variabilitu). Výsledky této práce prokázaly významný vliv rychlosti chůze na variabilitu chůze ve všech směrech (vertikálním, medio-laterálním, antero-posteriorním) a to jak při samostatné chůzi, tak i při chůzi se současným plněním sekundární úlohy (p<0,0001). Komplexita chůze byla rychlostí významně ovlivněna při chůzi bez úlohy a s kognitivní úlohou ve směru vertikálním a medio-laterálním. Při chůzi s manuální úlohou měla rychlost vliv na komplexitu chůze jen ve vertikálním směru (p=0,0007). Přidáním manuální úlohy k přirozené chůzi došlo k významnému poklesu variability ve všech směrech (p<0,001), k ovlivnění komplexity v tomto případě nedošlo. Přidání manuální úlohy k rychlé chůzi mělo vliv na variabilitu pouze ve směru vertikálním (p=0,000003) a antero-posteriorním (p=0,0002), vliv na komplexitu se naopak projevil pouze ve směru medio-laterálním (p<0,001). Přidání kognitivní úlohy k přirozené chůzi nevedlo k významné změně variability a komplexity chůze. Přidáním kognitivní úlohy k rychlé chůzi byl prokázán statisticky významný vliv na variabilitu chůze ve všech směrech (p<0,001), komplexita nebyla touto úlohou významně ovlivněna.
Anotace v angličtině
The diploma thesis deals with evaluation of complexity and variability of gait in the outdoor environment. The goal of this thesis is to consider the influence of
the secondary activity and gait rate on the basis of complexity and variability of gait at young healthy persons. The research file was created by 29 probands (18 women, 11 men) at the age of 23.3 +/- 2.9 years. The gait testing proceeded on a flat asphalt surface in three various versions (gait without task, with a manual task, with a cognitive task) and at two gate rates (natural, quick). Totally 6 measurements were carried out. An inertial measuring unit (Physiolog, GaitUp, Lausanne, Switzerland, sampling frequency of 128 Hz) was used for the movement record, placed on the skin above the fifth lumbar vertebra. Indicators sample entropy (SampEn - for complexity) and root mean square (RMS - for variability) were calculated for the complexity and variability analysis. Results of this thesis exerted a significant influence of the gait rate on the gait variability in all directions (vertical, medio-lateral, antero-posterior) both at the separate gait and at gait with simultaneous fulfilment of a secondary task (p<0.0001). The gait complexity was affected significantly by the gait rate without tasks and with a cognitive task in the vertical and medio-lateral directions. The gait rate with a manual task affected the gait complexity only in a vertical direction (p=0.0007). By adding the manual task to the natural gait, the variability decreased significantly in all directions (p<0.001), the complexity was not affected in this case. By adding the manual task to the quick gait, the variability was affected only in the vertical direction (p=0.000003) and antero-posterior direction (p=0.0002), to the contrary, the influence on complexity was shown only in the mediolateral direction (p<0.001). Addition of the cognitive task to the natural gait did not lead to a significant change of the gait variability and complexity. By adding the cognitive task to the quick gait, a statistically significant influence on the gait variability was exerted in all directions (p<0.001), the complexity was not affected by this task significantly.
Diplomová práce se zabývá hodnocením komplexity a variability chůze
ve venkovním prostředí. Cílem práce je posoudit vliv tempa chůze a sekundární činnosti na komplexitu a variabilitu chůze u mladých zdravých jedinců. Výzkumný soubor tvořilo 29 probandů (18 žen, 11 mužů) ve věku 23,3 +/- 2,9 let. Testování chůze probíhalo na rovné asfaltové ploše ve třech různých variantách (chůze bez úlohy, s manuální úlohou, s kognitivní úlohou) a dvou tempech (přirozené, rychlé). Celkově bylo provedeno 6 měření. Pro záznam pohybu byla použita inerciální měřící jednotka (Physiolog, GaitUp, Lausanne, Švýcarsko, vzorkovací frekvence 128 Hz) umístěná na kůži nad pátý bederní obratel. Pro analýzu komplexity a variability byly vypočteny indikátory sample entropy (SampEn - pro komplexitu) a root mean square (RMS - pro variabilitu). Výsledky této práce prokázaly významný vliv rychlosti chůze na variabilitu chůze ve všech směrech (vertikálním, medio-laterálním, antero-posteriorním) a to jak při samostatné chůzi, tak i při chůzi se současným plněním sekundární úlohy (p<0,0001). Komplexita chůze byla rychlostí významně ovlivněna při chůzi bez úlohy a s kognitivní úlohou ve směru vertikálním a medio-laterálním. Při chůzi s manuální úlohou měla rychlost vliv na komplexitu chůze jen ve vertikálním směru (p=0,0007). Přidáním manuální úlohy k přirozené chůzi došlo k významnému poklesu variability ve všech směrech (p<0,001), k ovlivnění komplexity v tomto případě nedošlo. Přidání manuální úlohy k rychlé chůzi mělo vliv na variabilitu pouze ve směru vertikálním (p=0,000003) a antero-posteriorním (p=0,0002), vliv na komplexitu se naopak projevil pouze ve směru medio-laterálním (p<0,001). Přidání kognitivní úlohy k přirozené chůzi nevedlo k významné změně variability a komplexity chůze. Přidáním kognitivní úlohy k rychlé chůzi byl prokázán statisticky významný vliv na variabilitu chůze ve všech směrech (p<0,001), komplexita nebyla touto úlohou významně ovlivněna.
Anotace v angličtině
The diploma thesis deals with evaluation of complexity and variability of gait in the outdoor environment. The goal of this thesis is to consider the influence of
the secondary activity and gait rate on the basis of complexity and variability of gait at young healthy persons. The research file was created by 29 probands (18 women, 11 men) at the age of 23.3 +/- 2.9 years. The gait testing proceeded on a flat asphalt surface in three various versions (gait without task, with a manual task, with a cognitive task) and at two gate rates (natural, quick). Totally 6 measurements were carried out. An inertial measuring unit (Physiolog, GaitUp, Lausanne, Switzerland, sampling frequency of 128 Hz) was used for the movement record, placed on the skin above the fifth lumbar vertebra. Indicators sample entropy (SampEn - for complexity) and root mean square (RMS - for variability) were calculated for the complexity and variability analysis. Results of this thesis exerted a significant influence of the gait rate on the gait variability in all directions (vertical, medio-lateral, antero-posterior) both at the separate gait and at gait with simultaneous fulfilment of a secondary task (p<0.0001). The gait complexity was affected significantly by the gait rate without tasks and with a cognitive task in the vertical and medio-lateral directions. The gait rate with a manual task affected the gait complexity only in a vertical direction (p=0.0007). By adding the manual task to the natural gait, the variability decreased significantly in all directions (p<0.001), the complexity was not affected in this case. By adding the manual task to the quick gait, the variability was affected only in the vertical direction (p=0.000003) and antero-posterior direction (p=0.0002), to the contrary, the influence on complexity was shown only in the mediolateral direction (p<0.001). Addition of the cognitive task to the natural gait did not lead to a significant change of the gait variability and complexity. By adding the cognitive task to the quick gait, a statistically significant influence on the gait variability was exerted in all directions (p<0.001), the complexity was not affected by this task significantly.
Diplomová práce se zabývá hodnocením variability a komplexity chůze při současném plnění sekundárního úkolu ve venkovním prostředí. Cílem práce je posoudit vliv sekundární činnosti a rychlosti chůze na variabilitu a komplexitu chůze u lidí ve věku 20-29 let. Teoretická část práce seznámí s průběhem chůze a s jejím řízením, s pojetím komplexity a variability chůze, s paradigmatem duálního úkolu a s možnostmi analýzy chůze. Podrobně bude také vysvětlen přínos nelineárních charakteristik při hodnocení chůze, a jak mohou být uvedené poznatky využity ve fyzioterapeutické praxi. Výzkumná část je věnována analýze chůze ve venkovním prostředí. Výzkumný soubor bude sestaven z 30 mladých zdravých jedinců ve věkovém rozmezí 20-29 let. Sledována bude chůze bez sekundárního úkolu (single-task), chůze při řešení matematického úkolu (kognitivním zatížení) a chůze s přenášením hrnku v jedné ruce (manuálním zatížení). Každá varianta bude prováděna ve dvou rychlostech (přirozená, rychlá). Variabilita a komplexita chůze bude hodnocena pomocí parametrů (root mean square, sample entropy) vypočtených ze zrychlení a úhlové rychlosti, jež budou zaznamenány přístroji umístěnými v oblasti bederní páteře (L5), které kombinují 3D akcelerometry a 3D gyroskopy (Physiolog, GaitUp, Lausanne, Switzerland). Jak a zdali se dynamika chůze mění při odlišných podmínkách, není dosud důkladně prozkoumáno. Výsledky by měly odpovědět na otázky, zda se provedení chůze mění v závislosti na souběžném plnění úkolu a rychlosti chůze. Hodnocení chůze ze signálů obdržených z nositelných senzorů může být využito v rámci klinického vyšetření, kde může pomoci kvantifikovat patologické změny v dynamice chůze, zhodnotit kognitivní složku posturální aktivity a dokumentovat závažnost onemocnění, riziko pádu či vliv terapeutické intervence.
Harmonogram: Květen - červen 2019: Úvodní konzultace s vedoucím práce a rešerše odborné literatury. Červenec - prosinec 2019: Realizace výzkumné části měření pacientů. Vypracování teoretické práce. Leden - únor 2020: Statistické zpracování výsledků výzkumu a jejich interpretace. Březen - duben 2020: Vytvoření předběžné verze diskuze, závěrů, souhrnu a závěrečná grafická úprava. Červen 2020: odevzdání hotové diplomové práce.
Zásady pro vypracování
Diplomová práce se zabývá hodnocením variability a komplexity chůze při současném plnění sekundárního úkolu ve venkovním prostředí. Cílem práce je posoudit vliv sekundární činnosti a rychlosti chůze na variabilitu a komplexitu chůze u lidí ve věku 20-29 let. Teoretická část práce seznámí s průběhem chůze a s jejím řízením, s pojetím komplexity a variability chůze, s paradigmatem duálního úkolu a s možnostmi analýzy chůze. Podrobně bude také vysvětlen přínos nelineárních charakteristik při hodnocení chůze, a jak mohou být uvedené poznatky využity ve fyzioterapeutické praxi. Výzkumná část je věnována analýze chůze ve venkovním prostředí. Výzkumný soubor bude sestaven z 30 mladých zdravých jedinců ve věkovém rozmezí 20-29 let. Sledována bude chůze bez sekundárního úkolu (single-task), chůze při řešení matematického úkolu (kognitivním zatížení) a chůze s přenášením hrnku v jedné ruce (manuálním zatížení). Každá varianta bude prováděna ve dvou rychlostech (přirozená, rychlá). Variabilita a komplexita chůze bude hodnocena pomocí parametrů (root mean square, sample entropy) vypočtených ze zrychlení a úhlové rychlosti, jež budou zaznamenány přístroji umístěnými v oblasti bederní páteře (L5), které kombinují 3D akcelerometry a 3D gyroskopy (Physiolog, GaitUp, Lausanne, Switzerland). Jak a zdali se dynamika chůze mění při odlišných podmínkách, není dosud důkladně prozkoumáno. Výsledky by měly odpovědět na otázky, zda se provedení chůze mění v závislosti na souběžném plnění úkolu a rychlosti chůze. Hodnocení chůze ze signálů obdržených z nositelných senzorů může být využito v rámci klinického vyšetření, kde může pomoci kvantifikovat patologické změny v dynamice chůze, zhodnotit kognitivní složku posturální aktivity a dokumentovat závažnost onemocnění, riziko pádu či vliv terapeutické intervence.
Harmonogram: Květen - červen 2019: Úvodní konzultace s vedoucím práce a rešerše odborné literatury. Červenec - prosinec 2019: Realizace výzkumné části měření pacientů. Vypracování teoretické práce. Leden - únor 2020: Statistické zpracování výsledků výzkumu a jejich interpretace. Březen - duben 2020: Vytvoření předběžné verze diskuze, závěrů, souhrnu a závěrečná grafická úprava. Červen 2020: odevzdání hotové diplomové práce.
Seznam doporučené literatury
Al Yahya, E., Dawes, H., Smith, L., Dennis, A., Howells, K., & Cockburn, J. (2011). Cognitive motor interference while walking: a systematic review and meta-analysis. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 35(3). Asai, T., Doi, T., Hirata, S., & Ando, H. (2013). Dual tasking affects lateral trunk control in healthy younger and older adults. Gait & posture, 38(4). Blair, S., Lake, M. J., Ding, R., & Sterzing, T. (2018). Magnitude and variability of gait characteristics when walking on an irregular surface at different speeds. Human movement science, 59. Brustio, P. R., Magistro, D., Zecca, M., Rabaglietti, E., & Liubicich, M. E. (2017). Age related decrements in dual-task performance: Comparison of different mobility and cognitive tasks. A cross sectional study. PLoS One. Chu, Y. H., Tang, P. F., Peng, Y. C., & Chen, H. Y. (2013). Metaanalysis of type and complexity of a secondary task during walking on the prediction of elderly falls. Geriatrics & gerontology international, 13(2). Dedieu, P., & Zanone, P. G. (2012). Effects of gait pattern and arm swing on intergirdle coordination. Human movement science, 31(3). Hamacher, D., Herold, F., Wiegel, P., Hamacher, D., & Schega, L. (2015). Brain activity during walking: a systematic review. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 57. Ho, S., Mohtadi, A., Daud, K., Leonards, U., & Handy, T. C. (2019). Using smartphone accelerometry to assess the relationship between cognitive load and gait dynamics during outdoor walking. Scientific reports, 9(1). Horak, F. B. (2006). Postural orientation and equilibrium: what do we need to know about neural control of balance to prevent falls?. Age and ageing, 35. Kribus Shmiel, L., Zeilig, G., Sokolovski, B., & Plotnik, M. (2018). How many strides are required for a reliable estimation of temporal gait parameters? Implementation of a new algorithm on the phase coordination index. PloS one, 13(2). Kuo, A. D., & Donelan, J. M. (2010). Dynamic principles of gait and their clinical implications. Physical therapy, 90(2). Stergiou, N., & Decker, L. M. (2011). Human movement variability, nonlinear dynamics, and pathology: is there a connection?. Human movement science, 30(5). Tamburini, P., Storm, F., Buckley, C., Bisi, M. C., Stagni, R., & Mazza, C. (2018). Moving from laboratory to real life conditions: Influence on the assessment of variability and stability of gait. Gait & posture, 59. Ting, L. H., & McKay, J. L. (2007). Neuromechanics of muscle synergies for posture and movement. Current opinion in neurobiology, 17(6).
Seznam doporučené literatury
Al Yahya, E., Dawes, H., Smith, L., Dennis, A., Howells, K., & Cockburn, J. (2011). Cognitive motor interference while walking: a systematic review and meta-analysis. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 35(3). Asai, T., Doi, T., Hirata, S., & Ando, H. (2013). Dual tasking affects lateral trunk control in healthy younger and older adults. Gait & posture, 38(4). Blair, S., Lake, M. J., Ding, R., & Sterzing, T. (2018). Magnitude and variability of gait characteristics when walking on an irregular surface at different speeds. Human movement science, 59. Brustio, P. R., Magistro, D., Zecca, M., Rabaglietti, E., & Liubicich, M. E. (2017). Age related decrements in dual-task performance: Comparison of different mobility and cognitive tasks. A cross sectional study. PLoS One. Chu, Y. H., Tang, P. F., Peng, Y. C., & Chen, H. Y. (2013). Metaanalysis of type and complexity of a secondary task during walking on the prediction of elderly falls. Geriatrics & gerontology international, 13(2). Dedieu, P., & Zanone, P. G. (2012). Effects of gait pattern and arm swing on intergirdle coordination. Human movement science, 31(3). Hamacher, D., Herold, F., Wiegel, P., Hamacher, D., & Schega, L. (2015). Brain activity during walking: a systematic review. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 57. Ho, S., Mohtadi, A., Daud, K., Leonards, U., & Handy, T. C. (2019). Using smartphone accelerometry to assess the relationship between cognitive load and gait dynamics during outdoor walking. Scientific reports, 9(1). Horak, F. B. (2006). Postural orientation and equilibrium: what do we need to know about neural control of balance to prevent falls?. Age and ageing, 35. Kribus Shmiel, L., Zeilig, G., Sokolovski, B., & Plotnik, M. (2018). How many strides are required for a reliable estimation of temporal gait parameters? Implementation of a new algorithm on the phase coordination index. PloS one, 13(2). Kuo, A. D., & Donelan, J. M. (2010). Dynamic principles of gait and their clinical implications. Physical therapy, 90(2). Stergiou, N., & Decker, L. M. (2011). Human movement variability, nonlinear dynamics, and pathology: is there a connection?. Human movement science, 30(5). Tamburini, P., Storm, F., Buckley, C., Bisi, M. C., Stagni, R., & Mazza, C. (2018). Moving from laboratory to real life conditions: Influence on the assessment of variability and stability of gait. Gait & posture, 59. Ting, L. H., & McKay, J. L. (2007). Neuromechanics of muscle synergies for posture and movement. Current opinion in neurobiology, 17(6).