Amaç: Düşme riski, yaşlılar ve dengeyi etkileyen nöromüsküler bozuklukları olan hastalar başta olmak üzere pek çok bireyin karşı karşıya olduğu bir durumdur. Tökezleme sonrası etkili toparlama stratejilerinin rehabilitasyon programlarına dahil edilmesi ile bu risk azaltılabilir. Ancak bu stratejilerin deneysel yöntemlerle incelenmesi, yaralanma riski ve harekette ortaya çıkabilecek kısıtlılıklar nedeniyle zordur. Bu zorlukları gidermek için, bu çalışma, öngörücü nöromekanik simülasyonlar kullanarak insanların anterior yönlü pertürbasyonlar sonrası ürettiği toparlanma hareketini analiz etmeyi amaçlamaktadır.Yöntem: Basitleştirilmiş bir kas-iskelet modeli ve refleks tabanlı bir sinirsel denetleyici kullanılarak, erken (%20) ve geç (%60) salınım fazlarında meydana gelen pertürbasyonlara yönelik iki ayrı senaryonun simülasyonu gerçekleştirildi. Salınım fazındaki kalça, diz ve ayak bileği bilek eklem açıları tökezleme sonrası kurtarma hareketiyle benzerlik açısından analiz edildi. Ayrıca, pertürbasyonun ardından salınım fazındaki bacağın ayak parmağının izlediği yörünge takip edilerek modelin kullandığı kurtarma stratejileri belirlendi.Bulgular: Erken salınım fazında uygulanan pertürbasyon, engeli aşmak için kalça ve diz fleksiyonunda artış ile karakterize bir yükseltme stratejisi ortaya çıkarırken, geç salınım fazında uygulanan pertürbasyon, dengeyi yeniden sağlamak amacıyla salınım fazındaki ayağın hızla yere indirilmesi ile karakterize bir alçaltma stratejisini tetikledi. Özellikle ayak bileği dorsifleksiyonunda ve salınım fazı süresinde deneysel verilerden küçük sapmalar gözlendi.Sonuç: Bu çalışma, öngörücü nöromekanik simülasyonların tökezleme sonrası doğal kurtarma hareketini analiz etmedeki etkinliğini vurgulamaktadır. Gerçekleştirilen simülasyonlar, tökezleme sonrası ana toparlanma mekanizmalarını başarılı bir şekilde taklit etmiştir. Öngörücü benzetimlerle elde edilen verilerin rehabilitasyon programlarının geliştirilmesinde, yardımcı cihaz tasarımlarında ve mobiliteyi artırarak yaralanma riskini azaltmayı amaçlayan düşmeyi önleyici stratejilerin geliştirilmesinde önemli bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Purpose: Older adults and individuals with neuromuscular impairments face a high risk of falls, which can be mitigated by identifying effective stumble recovery strategies for rehabilitation. Studying stumble recovery through empirical methods is challenging due to injury risks and constraints on natural movement, whereas predictive neuromechanical simulations offer a viable alternative. This study aimed to use a musculoskeletal model within a predictive simulation framework to analyze human stumble recovery following anteriorly directed perturbations.Methods: Using a simplified musculoskeletal model and a reflex-based neural controller, two different scenarios for perturbations occurring in the early (20%) and late (60%) swing phases were simulated. The kinematics of the swing leg, including hip, knee, and ankle joint angles were analyzed for similarity to real human stumble recovery. Additionally, recovery strategies were identified by tracking the swing leg’s toe trajectory following perturbation.Results: Early swing perturbations elicited an elevating strategy, increasing hip and knee flexion to clear the obstacle, while late swing perturbations triggered a lowering strategy, rapidly placing the foot to restore stability. Minor deviations from experimental data were observed, particularly in ankle dorsiflexion and swing phase duration.Conclusion: This study highlights the effectiveness of predictive neuromechanical simulations in analyzing stumble recovery. The framework successfully replicated key recovery mechanisms, demonstrating its potential for rehabilitation, assistive device design, and fall prevention strategies aimed at enhancing mobility and reducing injury risk in vulnerable populations.