Improving motor imagery through a mirror box for BCI users.

The aim of this study was to evaluate mirror visual feedback (MVF) as a training tool for brain-computer interface (BCI) users. This is because approximately 20-30% of subjects require more training to operate a BCI system using motor imagery. Electroencephalograms (EEGs) were recorded from 18 healthy subjects, using event-related desynchronization (ERD) to observe the responses during the movement or movement intention of the hand for the conditions of control, imagination, and the MVF with the mirror box. We constituted two groups: group 1: control, imagination, and MVF; group 2: control, MVF, and imagination. There were significant differences in imagination conditions between groups using MVF before or after imagination (right-hand, P = 0.0403; left-hand, P = 0.00939). The illusion of movement through MVF is not possible in all subjects, but even in those cases, we found an increase in imagination when the subject used the MVF previously. The increase in the r2s of imagination in the right and left hands suggests cross-learning. The increase in motor imagery recorded with EEG after MVF suggests that the mirror box made it easier to imagine movements. Our results provide evidence that the MVF could be used as a training tool to improve motor imagery.NEW & NOTEWORTHY The increase in motor imagery recorded with EEG after MVF (mirror visual feedback) suggests that the mirror box made it easier to imagine movements. Our results demonstrate that MVF could be used as a training tool to improve motor imagery.

Estimation of muscle forces in gait using a simulation of the electromyographic activity and numerical optimization.

Clinical gait analysis provides great contributions to the understanding of gait patterns. However, a complete distribution of muscle forces throughout the gait cycle is a current challenge for many researchers. Two techniques are often used to estimate muscle forces: inverse dynamics with static optimization and computer muscle control that uses forward dynamics to minimize tracking. The first method often involves limitations due to changing muscle dynamics and possible signal artefacts that depend on day-to-day variation in the position of electromyographic (EMG) electrodes. Nevertheless, in clinical gait analysis, the method of inverse dynamics is a fundamental and commonly used computational procedure to calculate the force and torque reactions at various body joints. Our aim was to develop a generic musculoskeletal model that could be able to be applied in the clinical setting. The musculoskeletal model of the lower limb presents a simulation for the EMG data to address the common limitations of these techniques. This model presents a new point of view from the inverse dynamics used on clinical gait analysis, including the EMG information, and shows a similar performance to another model available in the OpenSim software. The main problem of these methods to achieve a correct muscle coordination is the lack of complete EMG data for all muscles modelled. We present a technique that simulates the EMG activity and presents a good correlation with the muscle forces throughout the gait cycle. Also, this method showed great similarities whit the real EMG data recorded from the subjects doing the same movement.

Evaluacion cinematica de la biomecanica de rodilla en los gestos de lanzamiento en jugadores de basquet / Biomechanical analysis of knee during shooting gestures in basketball players

Introduccion: En este trabajo se estudia las relaciones entre el varo/valgo, flexion/extensión y rotación interna/externa de rodilla en los a jugadores de básquet durante movimientos de lanzamiento. Material y Método: Se realizó el registro de siete sujetos masculinos, jugadores amateur de básquet. Cada uno ejecutó cinco lanzamientos de tiro simple y en carrera. Se evaluó la influencia en el movimiento varo/valgo de estos gestos. Resultados: Se encontró que en ambos casos existe una mayor tendencia al valgo, con un 69% para el lanzamiento simple y un 80% para el lanzamiento simple con carrera. Se registró para la pierna izquierda mayor movimiento de valgo de rodilla que para la pierna derecha. Se encontró que el 78% de los registros en lanzamiento simple y el 93 % lanzamiento con carrera realizan un movimiento de valgo para la rodilla izquierda. Conclusión: Al comparar los ángulos máximos de flexión/extensión y de rotación interna/externa con los ángulos máximos varo/valgo se encontró una débil correlación entre el ángulo varo/valgo y el ángulo de rotación interna/externa, como así también entre el ángulo varo/valgo y el ángulo de flexión/extensión en rodilla, para los dos gestos de lanzamiento analizados. Nivel de evidencia: IV

Background: The relationship between knee varus-valgus, flexion-extension and internal-external rotation in basketball players and their shot movements is studied in this paper. Methods: Seven male amateur players without injury antecedents were recorded with tridimensional motion capture system for biomechanical analysis. Each volunteer executed/performed 5 free shots and 5 jump shots. Results:The relationship between this gestures and varus-valgus movement was assessed. In both types of shooting, there is a valgus trend, with 69% in free shot and 80% in jump shot. In all cases, registered volunteers presented right limb dominance. In left limb assessment, a greater valgus knee movement was found. In 78% of free shot and 93% of jump shots, amateur players achieved valgus knee movement with their left limb. Conclusion:Achieving a data comparison of maximum angles corresponding to flexion-extension, internal-external rotation and varus-valgus position, it was found a weak correlation between knee varus-valgus angles and knee internal-external rotation angles, and so between knee varus-valgus angles and knee flexion-extension angles for both types of shooting gestures acquired. Level of evidence: IV

Muscular activity during dynamic squats in patients with ACL reconstruction.

One of the most frequent injuries in subjects who practice sport is the rupture of the anterior cruciate ligament (ACL). Appropriate reconstruction and rehabilitation are key issues in full recovery of patients and their return to previous activities. This paper presents a new method to estimate muscle strength during a dynamic exercise from kinematic and electromyographic (EMG) data. Recovery of patients with ACL rupture and reconstruction was evaluated 4 and 6 months after surgery by assessing the differences in knee extensor and flexor muscle activity between the unimpaired and injured limbs. The results show that squat EMGs from the extensor muscles of the knee from the injured and unimpaired limb could help assess rehabilitation outputs in patients who had undergone an ACL reconstructive surgery.

Model to estimate hamstrings behavior in cerebral palsy patients: as a pre-surgical clinical diagnosis tool.

Crouch gait is the most common motion abnormality in children with cerebral palsy (CP). This paper presents a new biomechanical model based on a simple rescaling and adjustment to CP patients who develop crouch gait by subject-specific anthropometric data. The model estimates the length of hamstrings, as the distance between the origin and insertion of the muscle, and the velocity of shortening of hamstrings by the first derivative of the length with respect to time. This model has the potential to increase the benefits of three-dimensional biomechanical models as it can discriminate between short, spastic or normal hamstrings. The main advantage of this model in clinical use is that it does not require costly magnetic resonance imaging.

Anterior Cruciate Ligament Injury: Compensation during Gait using Hamstring Muscle Activity.

Previous research has shown that an increase in hamstring activation may compensate for anterior tibial transalation (ATT) in patients with anterior cruciate ligament deficient knee (ACLd); however, the effects of this compensation still remain unclear. The goals of this study were to quantify the activation of the hamstring muscles needed to compensate the ATT in ACLd knee during the complete gait cycle and to evaluate the effect of this compensation on quadriceps activation and joint contact forces. A two dimensional model of the knee was used, which included the tibiofemoral and patellofemoral joints, knee ligaments, the medial capsule and two muscles units. Simulations were conducted to determine the ATT in healthy and ACLd knee and the hamstring activation needed to correct the abnormal ATT to normal levels (100% compensation) and to 50% compensation. Then, the quadriceps activation and the joint contact forces were calculated. Results showed that 100% compensation would require hamstring and quadriceps activations larger than their maximum isometric force, and would generate an increment in the peak contact force at the tibiofemoral (115%) and patellofemoral (48%) joint with respect to the healthy knee. On the other hand, 50% compensation would require less force generated by the muscles (less than 0.85 of maximum isometric force) and smaller contact forces (peak tibiofemoral contact force increased 23% and peak patellofemoral contact force decreased 7.5% with respect to the healthy knee). Total compensation of ATT by means of increased hamstring activity is possible; however, partial compensation represents a less deleterious strategy.

ANÁLISIS CINEMÁTICO DEL SALTO EN PACIENTES SIN PATOLOGÍAS EN EXTREMIDADES INFERIORES

El salto vertical es una habilidad relevante en el desempeño de muchos deportes de alto rendimiento, como el voleibol, básquetbol y fútbol. El gesto está basado en un conjunto de variables independientes específicas, cada una de las cuales puede afectar o favorecer en el rendimiento final. En este trabajo se realizó un análisis cinemático del salto vertical en deportistas amateurs sin antecedentes patológicos en extremidades inferiores, por medio de dos técnicas de squat jump. Para esto, se utilizó un sistema de videografía bidimensional y softwares desarrollados anteriormente en el laboratorio de biomecánica. Se evaluaron los ángulos entre segmentos, posiciones y desplazamientos de los centros de gravedad y velocidades de las articulaciones anatómicas, en cada variante del ejercicio. Los resultados obtenidos permiten caracterizar el gesto realizado y comparar las dos técnicas evaluadas. Se demostró que la técnica mejora el desempeño del salto vertical cuando se usa el balanceo de los brazos, aumentando la altura del centro de masa del cuerpo entero. El estudio demuestra ser una herramienta factible como referencias para futuros análisis del salto vertical en extremidades inferiores.

Vertical jumping is a crucial ability in the performance of several sports such as volleyball, basketball and football. The standing vertical jump is based on several specific independent variables, where each can affect or improve the final performance. The main goal of this study was to examine the kinematic vertical jump in amateurs sportsmen without pathological antecedents in lower limbs, through two types of squat jump. The movement was analyzed using two-dimensional video system and the data were processed with the use of software developed in the laboratory. The angles among segments, positions and displacements of the center of mass and anatomical joints velocities were evaluated, in each variant of the exercise. The results obtained allow the characterization of the standing vertical jump performed by the subject and allow the comparison of both techniques as well. It was demonstrated that this technique improves performance of the vertical jump while using arm swing which leads to an increase in height of the body's center of mass.

Analisis de la marcha en pacientes con reconstruccion del ligamento cruzado anterior. Parte I: evaluacion prequirgica / Gait analysis of patient with anterior cruciate ligament reconstruction. Part I: pre-surgical evaluation

Introduccion: La rotura del ligamento cruzado anteriorimplica una perdida de la estabilidad en la articulación de la rodilla, de la fuerza de la musculatura circundante y de la funcionalidad. En este trabajo se analiza la evolucion del proceso de rehabilitacion en pacientes prequirurgicos con lesion de este ligamento.Materiales y metodos: Se utiliza una tecnica de videografia digital, creada en nuestro laboratorio, asociada con los datos dinamicos obtenidos de una plataforma de fuerzas, lo que permite el desarrollo del modelo de segmentos articulados de la marcha del paciente. Resultados: Se evaluaron los angulos, los momentos y las potencias en las articulaciones del miembro inferior para cada paciente a lo largo del ciclo de marcha. Se logro la apreciacion de dos patrones de marcha caracteristicos: el primero se corresponde con una disminucion de la actividad del cuadriceps (quadriceps avoidance) y el segundo presenta una actividad aumentada del cuadriceps compensada con una actividad mayor de los isquiosurales y los gemelos. El análisis de la potencia en las articulacionespermite distinguir las alteraciones que seproducen en la generacion (contraccion concentrica) y laabsorcion (contraccion excentrica) a causa de la afeccionde la articulacion de la rodilla. Conclusiones: Se puede apreciar la importancia de la evaluacion biomecanica previa para decidir la conveniencia de la cirugia, evaluar la terapia de rehabilitacion prequirurgicay tener como referencia en el análisis del seguimientode los parametros biomecanicos posquirurgicos. (AU)

Analisis de la marcha en pacientes con reconstruccion del ligamento cruzado anterior. Parte I: evaluacion prequirgica / Gait analysis of patient with anterior cruciate ligament reconstruction. Part I: pre-surgical evaluation

Introduccion: La rotura del ligamento cruzado anteriorimplica una perdida de la estabilidad en la articulación de la rodilla, de la fuerza de la musculatura circundante y de la funcionalidad. En este trabajo se analiza la evolucion del proceso de rehabilitacion en pacientes prequirurgicos con lesion de este ligamento.Materiales y metodos: Se utiliza una tecnica de videografia digital, creada en nuestro laboratorio, asociada con los datos dinamicos obtenidos de una plataforma de fuerzas, lo que permite el desarrollo del modelo de segmentos articulados de la marcha del paciente. Resultados: Se evaluaron los angulos, los momentos y las potencias en las articulaciones del miembro inferior para cada paciente a lo largo del ciclo de marcha. Se logro la apreciacion de dos patrones de marcha caracteristicos: el primero se corresponde con una disminucion de la actividad del cuadriceps (quadriceps avoidance) y el segundo presenta una actividad aumentada del cuadriceps compensada con una actividad mayor de los isquiosurales y los gemelos. El análisis de la potencia en las articulacionespermite distinguir las alteraciones que seproducen en la generacion (contraccion concentrica) y laabsorcion (contraccion excentrica) a causa de la afeccionde la articulacion de la rodilla. Conclusiones: Se puede apreciar la importancia de la evaluacion biomecanica previa para decidir la conveniencia de la cirugia, evaluar la terapia de rehabilitacion prequirurgicay tener como referencia en el análisis del seguimientode los parametros biomecanicos posquirurgicos

Analisis de la marcha en pacientes con reconstruccion del ligamento cruzado anterior. Parte I: evaluacion prequirgica / Gait analysis of patient with anterior cruciate ligament reconstruction. Part I: pre-surgical evaluation

Introduccion: La rotura del ligamento cruzado anteriorimplica una perdida de la estabilidad en la articulación de la rodilla, de la fuerza de la musculatura circundante y de la funcionalidad. En este trabajo se analiza la evolucion del proceso de rehabilitacion en pacientes prequirurgicos con lesion de este ligamento.Materiales y metodos: Se utiliza una tecnica de videografia digital, creada en nuestro laboratorio, asociada con los datos dinamicos obtenidos de una plataforma de fuerzas, lo que permite el desarrollo del modelo de segmentos articulados de la marcha del paciente. Resultados: Se evaluaron los angulos, los momentos y las potencias en las articulaciones del miembro inferior para cada paciente a lo largo del ciclo de marcha. Se logro la apreciacion de dos patrones de marcha caracteristicos: el primero se corresponde con una disminucion de la actividad del cuadriceps (quadriceps avoidance) y el segundo presenta una actividad aumentada del cuadriceps compensada con una actividad mayor de los isquiosurales y los gemelos. El análisis de la potencia en las articulacionespermite distinguir las alteraciones que seproducen en la generacion (contraccion concentrica) y laabsorcion (contraccion excentrica) a causa de la afeccionde la articulacion de la rodilla. Conclusiones: Se puede apreciar la importancia de la evaluacion biomecanica previa para decidir la conveniencia de la cirugia, evaluar la terapia de rehabilitacion prequirurgicay tener como referencia en el análisis del seguimientode los parametros biomecanicos posquirurgicos.