Выпуск 9: К развитию анализа данных стабилометрического исследования

Hartmann, R., Koger, A., Straub, E. R., Johannsen, L., Koch, I., Stephan, D. N., Müller, H., & Kiesel, A. (2025). forceplate: An R package for processing raw force-plate time-series data. Behavior research methods, 57(7), 187. https://doi.org/10.3758/s13428-025-02657-8

В представленной статье описывается новый подход к исследованию взаимодействия когнитивных и моторных процессов с использованием стабилометрии — метода, основанного на анализе данных от силовой платформы. Авторы предлагают пакет forceplate для языка программирования R, предназначенный для обработки этих данных в рамках событийно-связанного (event-related) подхода.

1. Цель исследования

Исследование направлено на изучение влияния когнитивных задач на контроль равновесия тела с высокой временной разрешающей способностью. Традиционные методы анализа баланса тела, основанные на усреднении параметров центра давления (ЦД) за длительные периоды (от нескольких секунд до минут), не позволяют выявлять нюансы, связанные с конкретными когнитивными событиями. Новый подход позволяет фиксировать изменения в микрокоррекциях равновесия, происходящие в ответ на отдельные события, такие как начало стимула или реакция испытуемого.

2. Методология

Авторы разработали программный инструментарий в виде пакета forceplate для языка R. Этот пакет:

• Обрабатывает сырые данные силовой платформы.
• Разбивает временные ряды на отдельные испытания (trials), соответствующие событиям в ходе эксперимента.
• Применяет фильтрацию (например, фильтр Баттерворта) для удаления артефактов.
• Позволяет корректировать базовый уровень (baseline correction) для повышения сравнимости испытаний.
• Вычисляет описательные статистики (например, среднее значение, стандартное отклонение) для заданных пользователем временных окон вокруг интересующих событий.

3. Анализ стабилометрических данных

С помощью силовой платформы регистрируются параметры движения центра давления по медиолатеральной (влево-вправо) и антеропостеральной (вперёд-назад) осям. Это позволяет детально анализировать динамику равновесия тела и выявлять даже мельчайшие коррекции, связанные с выполнением когнитивных задач. Например, в исследовании Johannsen et al. (2023) участники выполняли задачу Саймона, при которой возникает конфликт между пространственным расположением стимула и требуемым ответом. Было показано, что в условиях такого конфликта снижается изменчивость параметров баланса тела перед моментом ответа, что указывает на временное ограничение ресурсов, доступных для управления равновесием.

4. Программная реализация

Пакет forceplate предназначен для стандартизации обработки данных, обеспечивает воспроизводимость результатов и позволяет сравнивать данные между различными исследованиями. Он особенно полезен для исследований старения, где возрастные изменения когнитивных функций могут влиять на стабильность позы и увеличивать риск падений. Пакет свободно доступен и может быть адаптирован под различные экспериментальные дизайны

5. Результаты валидации

Валидация пакета проводилась на основе сравнения результатов его работы с данными, полученными ранее в MATLAB. Различия между подходами были минимальны и объяснялись техническими особенностями реализации алгоритмов в разных языках программирования.

6. Заключение

Статья обозначает важный шаг в направлении объединения когнитивной науки и моторного контроля через использование современных методов обработки стабилометрических данных с высоким временным разрешением. Предложенный программный инструментарий предоставляет исследователям универсальный и гибкий способ анализа данных, что открывает возможности для более глубокого понимания взаимосвязи между когнитивными процессами и контролем равновесия.

Русские эквиваленты терминов:

• Force plate – Силовая платформа
• Center of Pressure (CoP) – Центр давления
• Event-related approach – Событийно-связанный подход
• Time-series data – Временные ряды данных
• Baseline correction – Коррекция базового уровня
• Descriptive statistics – Описательные статистики
• Mediolateral axis – Медиолатеральная ось
• Anteroposterior axis – Антегропостеральная ось
• Trial-based design – Дизайн на основе отдельных испытаний
• Intermittent control impulses – Периодические импульсы управления
• Cognitive-motor interactions – Когнитивно-моторные взаимодействия

Таким образом, статья демонстрирует, как современные программные средства и методы анализа данных могут помочь в изучении сложных механизмов взаимодействия между когнитивными и моторными системами человека.

ГК РФ Статья 1274. Свободное использование произведения в информационных, научных, учебных или культурных целях.
Текст и иллюстрация подготовлены с использованием ИИ. Не обязательно означает согласие специалистов Исследовательского центра МЕРА с позицией и выводами авторов обсуждаемой публикации. Иллюстрация к материалу не является реалистичным изображением диагностического или лечебного процесса. Представленная информация не предназначена для самолечения.