Aufbau und Anpassung Eines Horizontalen Kopfrotationsmodells

Summary

A sixth order nonlinear model for horizontal head rotations in humans is presented and investigated using experimental results on movement trajectories and neck muscle EMG. It is analysed using an extended parameter sensitivity analysis, that is used in both direct sense, as a model fitting tool, and in the indirect sense as a guide to experimental design.The controller signals structured in accordance with time optimal control theory are parameterized, and controller signal variations show a dominating influence on different aspects of the head movement trajectory, accelerations in particular. The conclusions are compared with clinical neurological findings.Simulations of the head movement model using data of patients with abnormal head movements (torticollis spasticus) demonstrate both: the prevailing influence of the controller signals in this neurological disease and also the analytical value of this parameterized homeomorphic model in understanding pathological conditions of the human head movement system.

Zusammenfassung

Es wird ein nichtlineares Modell der horizontalen Kopfrotation des Menschen vorgestellt. Die biophysikalisch relevanten Para-meter dieses Modells bzw. die Modellantworten für verschiedene Bewegungstypen werden mit experimentellen Befunden verglichen: Neuromuskulärer Übergang (EMG) und Bewegungsdynamik.Die Kontrollsignale dieses Modells sind parameterisiert und in Übereinstimmung mit der ‘optimal control theory’ aufgebaut.Sie zeigen einen dominierenden Einfluß auf verschiedenste Aspekte der Kopfrotation, insbesondere hinsichtlich verschiedener Beschleunigungtypen. Sensitivitätsanalysen eines solchen Modells geben Einblick über dessen Verhalten unter extremen Bedingungen bzw. auch unter pathologischen Verhältnissen, z.B. bei torticollis spasticus.