Нейромышечно-скелетное моделирование: оценка мышечных сил, суставных моментов и движений по измерениям нервной команды

В статье представлен обзор прямого динамического нейромышечно-скелетного моделирования. Цель таких моделей — оценка или прогнозирование мышечных сил, суставных моментов и/или кинематики суставов по нервным сигналам. Этот процесс включает четыре этапа. На первом этапе динамика активации мышц определяет преобразование нервного сигнала в показатель активации мышцы — изменяющийся во времени параметр от 0 до 1. На втором этапе динамика мышечного сокращения описывает преобразование активации мышц в мышечные силы. На третьем этапе необходима модель опорно-двигательной геометрии, позволяющая преобразовать мышечные силы в суставные моменты. Наконец, уравнения движения позволяют преобразовать суставные моменты в движения суставов. Каждый этап включает сложные нелинейные взаимосвязи. Основное внимание уделено первым двум этапам, поскольку именно они представляют наибольшую сложность для специалистов по биомеханике. Общий процесс проиллюстрирован на примерах прогнозирования изометрических моментов в локтевом суставе и динамики коленного сустава.