Перспективы моделирования опорно-двигательной системы и прогностического моделирования движений человека для оценки нейромеханики ходьбы

Передвижение человека обусловлено сложным взаимодействием центральной нервной системы и опорно-двигательной системы, включающей множество степеней свободы и мышц. Понять, как свойства каждой из этих подсистем формируют походку, сложно, поскольку возможности экспериментальных методов для изолированного воздействия на подсистемы и их оценки ограничены. Симуляции, прогнозирующие характер движений на основе математической модели нервно-мышечно-скелетной системы без опоры на экспериментальные данные, позволяют выявлять принципы передвижения, устанавливая причинно-следственные связи. Новые вычислительные методы сделали возможным применение таких прогностических симуляций со сложными нервно-мышечно-скелетными моделями. В настоящей работе рассматриваются последние достижения в области прогностического моделирования движений человека и использование таких симуляций для углубления знаний о нейромеханике ходьбы. Кроме того, представлены перспективы решения задач, связанных с применением прогностических симуляций для получения новых фундаментальных сведений о двигательном контроле ходьбы, разработки персонализированного лечения пациентов с неврологическими расстройствами и создания вспомогательных устройств, улучшающих качество ходьбы. Для этого потребуются более подробные нервно-мышечно-скелетные модели и методы симуляции, учитывающие неопределённость, инструменты для эффективной персонализации моделей, а также валидационные исследования, подтверждающие способность симуляций прогнозировать ходьбу в новых условиях.