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Effects of robotic exoskeleton control options on lower limb muscle synergies during overground walking: An exploratory study among able-bodied adults - 21/11/20

Doi : 10.1016/j.neucli.2020.04.004 
Manuel J. Escalona a, b, Daniel Bourbonnais a, b, Damien Le Flem a, b, Michel Goyette b, Cyril Duclos a, b, Dany H. Gagnon a, b,
a School of Rehabilitation, Université de Montréal, Montreal, QC, Canada 
b Pathokinesiology Laboratory, Centre for Interdisciplinary Research in Rehabilitation of Greater Montreal, Institut universitaire sur la réadaptation en déficience physique de Montréal, CIUSSS Centre-Sud-de-l’Île-de-Montréal, Montreal, QC, Canada 

Corresponding author at: Pathokinesiology Laboratory, Centre for Interdisciplinary Research in Rehabilitation of Greater Montreal, Institut universitaire sur la réadaptation en déficience physique de Montréal, Centre intégré universitaire de santé et services sociaux du Centre-Sud-de-l’Île-de-Montréal, 6300, avenue Darlington, Montreal, H3S 2J4 Canada.Pathokinesiology Laboratory, Centre for Interdisciplinary Research in Rehabilitation of Greater Montreal, Institut universitaire sur la réadaptation en déficience physique de Montréal, Centre intégré universitaire de santé et services sociaux du Centre-Sud-de-l’Île-de-Montréal6300, avenue DarlingtonMontrealH3S 2J4 Canada

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Summary

Background

The effects of lower limb (L/L) control options, developed for overground walking with a wearable robotic exoskeleton (WRE), on the neuromotor control of L/L muscles [i.e., muscle synergies (MSs)] during walking remain uncertain.

Objective

To gain initial insights regarding the effects of different control options on the number of MSs at the L/L and on their muscle weighting within each MS when walking with a WRE.

Methods

Twenty able-bodied adults walked overground without and with the WRE set at two control options with a predetermined foot pathway imposed by the WRE, and at three other control options with free L/L kinematics in the sagittal plane. Surface electromyography of eight right L/L muscles was recorded. MSs were extracted using a non-negative matrix factorisation algorithm. Cosine similarity and correlation coefficients characterised similarities between the MSs characteristics.

Results

Freely moving the L/L in the sagittal plane (i.e., non-trajectory controlled options) during WRE walking best duplicated typical MSs extracted when walking without WRE. Conversely, WRE walking while fully controlling the L/L trajectory presented the lowest correlations to all MSs extracted when walking without WRE, especially during early swing and L/L deceleration.

Conclusion

Neuromotor control of L/L muscles is affected by the selected control option during WRE walking, particularly when a predetermined foot pathway is imposed.

Significance

This exploratory study represents the first step in informing the decision-making process regarding the use of different L/L control options when using WRE and calls for further research among adults with sensorimotor impairments.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Electromyography, Gait, Motor control, Muscle coordination, Locomotion, Rehabilitation, Task performance and analysis


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Vol 50 - N° 6

P. 495-505 - novembre 2020 Retour au numéro
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