Cortical mapping of the infraspinatus muscle in healthy individuals

Background : While cortical representations of intrinsic hand muscles have been extensively studied in healthy individuals, little is known about the representation of proximal upper limb muscles. Improving our understanding of normal shoulder function is important, given that shoulder musculoskeletal disorders affect approximately 20% of the population and are suspected to involve changes in central motor representations. The purpose of the study is to describe the motor representation (motor evoked potentials (MEP) amplitude at the hotspot, map area, normalized map volume and center of gravity) of the infraspinatus muscle in healthy individuals, and to explore the potential influence of hand dominance on this representation (i.e. symmetry of the excitability and of the location of motor map between sides), as well as the effect of age and gender on motor excitability. Results : Fifteen healthy participants took part in this study. No significant asymmetry between sides was observed for motor excitability (p = 0.14), map area (p = 0.73) and normalized map volume (p = 0.34). Moreover, no side x intensity interaction was found (p = 0.54), indicating similar stimulus response properties. No difference between sides was found in the location of infraspinatus motor representation, either in the mediolateral or anteroposterior axis (p > 0.10). Neither age nor gender influenced aMT (p > 0.58) or MEP size (p > 0.61). Conclusions : As the cortical representation of infraspinatus muscles was found to be symmetric between sides, both in terms of excitability and location, comparisons between the intact and affected side could be performed in clinical studies, regardless of whether the dominant or non-dominant side is affected. The next step will be to characterize corticospinal excitability and map parameters in populations with shoulder disorders

Plasticité cérébrale associée à une lésion musculosquelettique

Certains résultats récents de recherche suggèrent que les atteintes musculosquelettiques s’accompagnent de changements centraux qui pourraient contribuer à la chronicité des déficits. Dans cette thèse, la cartographie cérébrale par stimulation magnétique transcrânienne a été utilisée pour évaluer la présence de changements corticospinaux associés à un changement d’utilisation d’un membre, en contexte expérimental et en présence d’une lésion musculosquelettique réelle. Les résultats obtenus appuient l’existence d’une plasticité cérébrale motrice accompagnant une réduction de l’usage d’un membre. Spécifiquement, les résultats démontrent une diminution de l’excitabilité cortico-spinale dans l’hémisphère contrôlant le membre affecté et dont l’utilisation est réduite. Ce changement d’excitabilité chez les patients a été trouvé associé à la durée de la douleur, suggérant que la chronicité est un facteur d’impact au niveau corticospinal. En plus de ces observations importantes sur le plan clinique, les résultats de cette thèse ont permis certaines avancées sur le plan méthodologique. Ceux-ci démontrent que les cartes corticales de la représentation d’un muscle sont similaires, que celles-ci soient obtenues avec le muscle en actif ou avec le muscle au repos. De plus, la majorité des mesures issues de la stimulation magnétique présente une bonne fidélité test-retest à court- et long-terme. Par ailleurs, bien que la musculature proximale du membre supérieur soit importante du point de vue clinique, celle-ci a fait l’objet de très peu d’études au plan neurophysiologique. Dans cette thèse, cette représentation a été décrite chez des sujets sains aussi bien que chez des patients. Ces données constituent donc une référence importante pour des études subséquentes portant sur des problématiques spécifiques impliquant cette musculature. En somme, la présence d’altérations au sein des représentations centrales du mouvement, en lien avec une diminution d’utilisation d’un membre, suggère qu’une intervention visant les représentations centrales du mouvement, et non uniquement les structures périphériques, pourrait être utile en réadaptatio

Effets de la posture de travail sur les patrons musculaires de la région lombaire lors d’une tâche répétitive

En Amérique du Nord, la posture debout prolongée est largement utilisée dans les entreprises, alors que dans d'autres régions du monde, le travail s'effectue plutôt à partir de la position assise. Le travail en station debout prolongée a déjà été associé à divers symptômes comme la douleur lombaire et la fatigue généralisée. Des études récentes ont démontré une association entre la douleur lombaire en posture debout prolongée et des patrons de coactivation (activation coordonnée de paires de muscles) des muscles de la région lombo-pelvienne. Cependant, ces patrons n'ont jamais été mesurés pour d'autres postures de travail, ou lorsque la posture debout était accompagnée de gestes répétitifs des membres supérieurs. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer l'effet de différentes posture de travail (debout, assise, assis-debout) sur les patrons de coactivation musculaire lombo-pelvienne lors d'une tâche manuelle répétitive réalisée dans deux environnements distincts (laboratoire, milieu de travail). Un objectif secondaire consistait à mesurer, pour chacune des postures, l'association entre les patrons musculaires et les symptômes d'inconfort. L'hypothèse de travail était qu'il y aurait un lien entre les mesures de coactivation et la manifestation des symptômes d'inconfort, comme déjà démontré pour la posture statique debout. La seconde hypothèse formulée prévoyait que comparativement aux données de la littérature démontrant une augmentation de la coactivation lombo-pelvienne lors d'une tâche de posture debout sans mouvements des bras, la présence de ces mouvements dans notre étude contribuerait à atténuer l'augmentation de coactivation lombaire normalement observée avec le temps. Finalement, une troisième hypothèse avançait que les changements de posture influenceraient les patrons de coactivation musculaire lombo-pelvienne de l'ensemble des participants, mais de façon moins marquée chez les travailleurs expérimentés que chez les novices évalués en laboratoire. Un groupe de 11 travailleurs dont les tâches incluent le travail en station debout avec gestes manuels répétitifs a suivi le protocole de recherche directement en milieu de travail (5 hommes, 6 femmes, âge moyen : 43.2 ± 8.8/ années d'ancienneté : 11.6 ± 9.3). Un groupe de 18 personnes sans expérience, apparié selon le sexe et l'âge, a suivi le protocole de recherche en laboratoire (10 hommes, 8 femmes, âge moyen : 32.4 ± 8.2). Lors de trois séances expérimentales (présentées dans un ordre aléatoire), les participants des deux groupes ont effectué une tâche manuelle répétitive pendant une demi-heure en position debout, assise ou assis-debout. Le siège utilisé pour le travail assis et le banc servant à la posture assis-debout ont été ajustés selon les normes ergonomiques. Les patrons bilatéraux d'activation des muscles de la région lombo-pelvienne (érecteurs du rachis, obliques externes, droits de l'abdomen, moyens glutéaux) ont été enregistrés à l'aide d'électrodes de surface, et les scores d'inconfort à l'aide de schémas corporels et d'échelles durant la tâche manuelle et aussi durant des intervalles de posture statique. Des mesures de coactivation ont été effectuées selon deux méthodes décrites dans la littérature : la méthode de corrélations croisées et la méthode de calcul de l'information mutuelle. Des analyses de variances entre les variables Temps et Posture ont été appliquées sur les indices d'inconfort, et les mesures de coactivation ont été réalisées à l'aide de deux modèles statistiques (un modèle pour les données de laboratoire, un modèle pour les données du travail). L'analyse des données enregistrées en milieu de travail a démontré peu d'effets de posture; cependant, une plus grande coactivation bilatérale entre les muscles moyens glutéaux lors du travail debout confirme les résultats publiés précédemment pour les tâches effectuées en posture statique debout. Il n'y a aucun changement significatif dans le temps des indices de coactivation, et peu de travailleurs ont rapporté de l'inconfort lors du travail réalisé dans chacune des trois postures. Cependant, contrairement à ce qui était attendu, les résultats de laboratoire ont révélé que plusieurs indices de coactivation ainsi que le nombre de participants ayant rapporté de l'inconfort étaient plus élevés lors de la tâche en posture assise. De plus, une augmentation dans le temps des deux indices de coactivation a pu être observée. Il est possible que les différences d'expertise mais aussi dans la façon de faire les gestes avec les bras expliquent les discordances de résultats entre les volets milieu de travail et laboratoire. Les résultats présentés dans ce rapport ainsi que d'autres résultats récents de notre laboratoire mettent en lumière l'impact de la posture de travail, de l'expérience/expertise, et des gestes des bras sur les indicateurs de coactivation lombaire, et pourraient ainsi avoir un impact sur les facteurs pronostiques de l'apparition de symptômes en lien avec le travail manuel en posture prolongée

Measuring operator’s pain : toward evaluating Musculoskeletal disorder at work

Musculoskeletal disorders (MSDs) have affected an increasing number of people in the active general population. In this perspective, we developed a measuring tool taking muscle activities in certain regions of the body, standing posture taking the center of pressure under the feet and feet positions. This tool also comprises an instrumented helmet containing an electroencephalogram (EEG) to measure brain activity, and an accelerometer reporting the movements of the head. Then, our tool comprises both non-invasive instrumented insole and safety helmet. Moreover, the same tool measures muscular activities in specific regions of the body using an electromyogram (EMG). The aim is to combine all the data in order to identify consistent patterns between brain activity, postures, movements and muscle activity, and then, understand their connection to the development of MSDs. This paper presents three situations reported to be a risk for MSDs and an analysis of the signals is presented in order to differentiate adequate or abnormal posture

Wearable devices for classification of inadequate posture at work using neural networks

Inadequate postures adopted by an operator at work are among the most important risk factors in Work-related Musculoskeletal Disorders (WMSDs). Although several studies have focused on inadequate posture, there is limited information on its identification in a work context. The aim of this study is to automatically differentiate between adequate and inadequate postures using two wearable devices (helmet and instrumented insole) with an inertial measurement unit (IMU) and force sensors. From the force sensors located inside the insole, the center of pressure (COP) is computed since it is considered an important parameter in the analysis of posture. In a first step, a set of 60 features is computed with a direct approach, and later reduced to eight via a hybrid feature selection. A neural network is then employed to classify the current posture of a worker, yielding a recognition rate of 90%. In a second step, an innovative graphic approach is proposed to extract three additional features for the classification. This approach represents the main contribution of this study. Combining both approaches improves the recognition rate to 95%. Our results suggest that neural network could be applied successfully for the classification of adequate and inadequate posture

Towards the Objective Identification of the Presence of Pain Based on Electroencephalography Signals’ Analysis: A Proof-of-Concept

This proof-of-concept study explores the potential of developing objective pain identification based on the analysis of electroencephalography (EEG) signals. Data were collected from participants living with chronic fibromyalgia pain (n = 4) and from healthy volunteers (n = 7) submitted to experimental pain by the application of capsaicin cream (1%) on the right upper trapezius. This data collection was conducted in two parts: (1) baseline measures including pain intensity and EEG signals, with the participant at rest; (2) active measures collected under the execution of a visuo-motor task, including EEG signals and the task performance index. The main measure for the objective identification of the presence of pain was the coefficient of variation of the upper envelope (CVUE) of the EEG signal from left fronto-central (FC5) and left temporal (T7) electrodes, in alpha (8–12 Hz), beta (12–30 Hz) and gamma (30–43 Hz) frequency bands. The task performance index was also calculated. CVUE (%) was compared between groups: those with chronic fibromyalgia pain, healthy volunteers with “No pain” and healthy volunteers with experimentally-induced pain. The identification of the presence of pain was determined by an increased CVUE in beta (CVUEβ) from the EEG signals captured at the left FC5 electrode. More specifically, CVUEβ increased up to 20% in the pain condition at rest. In addition, no correlation was found between CVUEβ and pain intensity or the task performance index. These results support the objective identification of the presence of pain based on the quantification of the coefficient of variation of the upper envelope of the EEG signal

Study designs and statistical approaches for bilateral carpal tunnes syndrome: An overview

Background: Pathologies with bilateral involvement, such as carpal tunnel syndrome (CTS), are relatively common in clinical practice. However, some published data are misleading, as many articles consider only one hand in data analysis. Objectives: This article aims to briefly propose a study design and statistical approach for data analysis of bilateral CTS. Method: Statistical reporting. Results: Although the results of clinical and surgical interventions are usually reported by randomized clinical trials, the main guidelines do not offer recommendations on how to proceed in cases of interventions in patients with bilateral conditions. Additionally, crossover trials may be an alternative, particularly when comparing different interventions in these patients. Considering the statistical approach, traditional tests are not suitable for bilateral conditions, and result in an overestimation of the results. In contrast, regression models, mixed effects analysis, generalized estimating equations, and multilevel modeling analysis are more reliable. Furthermore, in the case of crossover trials, an ANOVA suitable for crossover design should be chosen with normally distributed data of two groups, while a variance-balanced design is the ideal choice for three or more treatments and Cochran’s Statistics. Conclusions: When considering the comparison of different therapeutic intervention/rehabilitation techniques in patients with CTS or other peripheral nerve pathologies, the choice of the most appropriate study design and statistical analysis will provide more reliable evidence

tDCS Task-Oriented Approach Improves Function in Individuals With Fibromyalgia Pain. A Pilot Study

Fibromyalgia (FM) is a complex pain syndrome accompanied by physical disability and loss of daily life activities. Evidences suggest that modulation of the primary motor cortex (M1) by transcranial direct current stimulation (tDCS) improves functional physical capacity in chronic pain conditions. However, the gain on physical function in people living with FM receiving tDCS is still unclear. This study aimed to evaluate whether the tDCS task-oriented approach improves function and reduces pain in a single cohort of 10 FM. A total of 10 women with FM (60.4 ± 15.37 years old) were enrolled in an intervention including anodal tDCS delivered on M1 (2 mA from a constant stimulator for 20 min); simultaneously they performed a functional task. The anode was placed on the contralateral hemisphere of the dominant hand. Outcome assessments were done before the stimulation, immediately after stimulation and 30 min after the end of tDCS. The same protocol was applied in subsequent sessions. A total of five consecutive days of tDCS were completed. The main outcomes were the number of repetitions achieved and time in active practice to evaluate functional physical task performance such as intensity of the pain (visual analog scale) and level of fatigue (Borg scale). After 5 days of tDCS, the number of repetitions achieved significantly increased by 49% (p = 0.012). No change was observed in active practice time. No increase in pain was observed despite the mobility of the painful parts of the body. These results are encouraging since an increase in pain due to the mobilization of painful body parts could have been observed at the end of the 5th day of the experiment. These results support the use of tDCS in task-based rehabilitation

Impact of lifting of two types of barrels on postural control, trunk muscle recruitment, and kinematic measures in manual workers

The aim of this study was to evaluate the impact of 2 types of beer barrels on postural control, trunk activation, and kinematic measures in adult workers. Twelve (12) males randomly performed 4 tasks on a force platform for 20 s: (1) hold an empty recyclable barrel, (2) hold a full recyclable barrel (30 L), (3) hold an empty steel barrel, and (4) hold a full steel barrel (30 L). Trunk muscular activation, force platform and kinematic measures at the trunk, hip, and knee joints were computed. The full steel barrel produced greater postural oscillation than other conditions. Higher trunk activity was also reported during the full steel barrel task. Significant kinematic changes only in the trunk were observed between the empty steel barrel and the full recyclable barrel tasks. In conclusion, the full steel barrel produced a negative impact on postural control, increasing trunk activity and changing trunk flexion angle in adult workers

Pregnant and non-pregnant women and low back pain-related differences on postural control measures during different balance tasks

Introduction: Low back pain (LBP) is the most common musculoskeletal complaint in pregnancy, being responsible for many negative impacts. Objective: To evaluate the effect of LBP on static and dynamic balance in pregnant women and whether pregnancy mediates the results compared to non-pregnant women. Methods: 44 women (mean age 30 yrs) participated voluntarily in this study: 16 pregnant women with LBP starting in pregnancy, 14 pregnant women without LBP and 14 non-pregnant women as a group control. Participants were assessed for static postural balance using a force platform and dynamic mobility balance using the Timed Up and Go (TUG) test. Results: The pregnant women with LBP showed significant (P < 0.04, for mean, d= 1,2) poor postural balance in static tests (force platform), in the area of COP eyes open. In dynamic balance (TUG test), statistical difference was found between the groups (P 0.038) and the effect size were moderate to strong in the comparison between the three groups. The most sensitive differences were reported mainly between pregnant women with LBP versus non-pregnant control group in balance measures from force platform. Conclusion: The findings indicate that LBP associated to pregnant clinical status can decrease the balance capacity in women. These results have implication for balance evaluation and retraining in pregnant women with and without LBP from rehabilitation or prevention programs