Управление на двигателната дейност

Ръководител на секцията

доц. д-р Симеон Рибагин

  • Email: simribagin@gmail.com
  • Телефон: 02 979 3613
  • Адрес: ул. “Акад. Г. Бончев”, блок 105, стая 209
    София 1113, България

Състав на секцията

Основни научни направления

Секция „Управление на двигателната дейност” обединява съществуващите до 2019 г. секции „Биомеханика и управление на двигателната дейност” с ръководител проф. Росица Райкова и „Възбудими структури” с ръководител чл.-кор. Андон Косев.
Понастоящем в секцията се работи основно по следните научни направления:

  • Изучаване биомеханиката и управлението на крайниците на човека от нервната система, моделиране и симулиране на двигателната активност на ниво мускули и мускулни двигателни единици. Изследване на силата развивана от двигателни единици при различен начин на стимулация. Експериментални методики за оценка на активността на мускулите в норма и патология – ръководител направление: проф. дтн Р. Райкова
  • Прилагане на математично моделиране на сложни биофизични системи (нерви и скелетни мускули в норма и патология) за подобряване на диагностиката и на методите за лечение на неврологични и нервно-мускулни нарушения, включващо: 1) Моделиране на вътреклетъчните потенциали на скелетни мускулни влакна, както и на извънклетъчните потенциали генерирани от мускулите, с цел адекватна интерпретация на регистрирани електромиографски сигнали. 2) Моделиране на електродифузионите процеси в миелинизиран аксон включващо: а) Създаване на компютърни мултикабелни изследователски модели на миелинизиран аксон. б) Създаване на адекватни модели на токовете на помпи и на транспортери, чрез моделиране на стационарни токове на циклични химични процеси. в) Разкриване на механизмите на явленията наблюдавани експериментално в норма и патология, чрез моделиране на процесите протичащи в миелинизиран аксон.  – ръководител направление: гл. ас. д-р А. Димитров
  • Разработка на прототип на лакътна ортеза с цел рехабилитация, която да е задвижвана от електрически двигател и управлението да бъде твърдо, автоматично и със зададени скорости на флексия/екстензия или чрез използване на обработени електромиографски сигнали от повърхностно разположени мускули. Управление базирано на собствени ЕМГ сигнали ще помогне за реализирането на активна рехабилитация на хора с проблеми в движението на лакътната става в резултат на увреждания с различен произход. – ръководител направление: гл. ас. д-р С. Ангелова

Експериментални методи

  • Регистрация и обработка на електромиографски сигнали от повърхностно разположени мускули на горния крайник на човека и отчитане ъглите в ставите при различни двигателни задачи при здрави лица и участници със специфична двигателна симптоматика – ръководител направление гл. ас. д-р С. Ангелова
  • Изследване на кортикалната и кортикоспинална активност в норма и патология с метода на транскраниална магнитна стимулация в комбинация с електромиография – ръководител направление гл. ас. д-р К. Манчева.

Изследователски проекти

Текущи проекти

  1. № КП-06-Н57/18 от 16.11.2021 г., ФНИ, с ръководител доц. Иван Иванов, Институт по механика към БАН

    Сваляне

    “Мускули на долен крайник / Анатомични позиции и функции”
  2. № КП-06-ПМ47/6 „Теоретично изследване и експериментална верификация на активността на мускулите на горния човешки крайник без и с използване на активна лакътна мио-ортеза“
    Фонд „Научни изследвания”, Конкурс за финансиране фундаментални научни изследвания на млади учени и постдокторанти – 2020 г.”, с ръководител гл. ас. С. Ангелова.

    Сваляне

    Презентация в Третата младежка научна сесия „Биомедицина и качество на живота“ (BMQL’2021) – видео

     

    Видео 1 (Линк за сваляне: MAH00030.mp4 (33.6 Mb)

     

    Видео 2 (Линк за сваляне: MAH00031.mp4 (52.4 Mb)

     

    Видео 3 (Линк за сваляне: MAH00032.mp4 (86.0 Mb)

     

    Видео 4 (Линк за сваляне: MAH00033.mp4 (45.5 Mb)

     

    Видео 5 (Линк за сваляне: MAH00034.mp4 (56.3 Mb)

     

     

  3. “The model of skeletal muscle and simulation of muscle activity”
    ЕБР БАН−ПАН, 2018-2021, ръководител проф. Р. Райкова

Приключили проекти

  1. Електромиографски изследвания с цел използване при рехабилитация с ортезни устройства, „Програма за подпомагане на млади учени и докторанти в БАН“, 2017-2019, ръководител Силвия Ангелова
  2. Изследване на интракортикалната и интрахемисферната инхибиция при волева мускулна активност с метода на транскраниалната магнитна стимулация, Договор ДФНП № 125 (2016-2017), финансиран по Програма за подпомагане на младите учени в БАН-2016. Ръководител на проект: д-р Капка Манчева
  3. Създаване на модел на мускул на плъх съставен от реалистичен брой двигателни единици и неговото експериментално и моделно изследване чрез прилагане на различни серии от импулси за всяка двигателна единица
    ЕБР БАН−ПАН, 2012-2014
    Ръководител за ИБФБМИ: проф. Росица Райкова
  4. Изследване на процесите в миелинизиран аксон с отчитане на аксо-глиалните взаимодействия
    Фонд “Научни изследвания”, № ДМУ03/72, 2011-2014
    Ръководител: гл. ас. Александър Димитров
  5. Възбудимост на моторната кора в норма и патология
    Фондация Александър фон Хумболт, 3.3-RKS-BUL/1114309, 2006-2007
    Ръководител: чл.-кор. Андон Косев
  6. Сетивно-двигателно взаимодействие в норма и патологияДоговор за институтско партньорство между ИБФ и Неврологичната клиника на Медицинския университет в Хановер. – Финансиран от Фондацията „Александър фон Хумболт”, 2003-2006,
    Ръководител: чл.-кор. Андон Косев
  7. Роля на грелин в модулиране съкратителната активност и мембранните йонни токове в артерии.
    Фонд “Научни изследвания”, № 1407/2004, 2004-2009.
    Ръководители: проф. Д. Дуриданова, проф. А. Косев
  8. Промени в кортико-спиналната възбудимост, предхождащи движението при изследване на реакционно време
    Фонд “Научни изследвания”, № 1407/2004, B-1505/05, 2005-2009.
    Ръководител: чл.-кор. Андон Косев
  9. Изследване ефекта на температурата върху свойствата на възбудимостта при симулирани демиеливизиращи невропатии и невронопатии.
    № 03.2012, 2012-2013 между ИБФБМИ и Медицински Университет – Варна. Ръководител: проф. Диана Стефанова
  10. Изследване ефекта на течните слоеве в миелиновата обвивка върху мембранните свойства на симулирани случаи на демиелинизиращи невропатии. № 29/4/10, 2010-2012 между ИБФБМИ и Медицински Университет – Варна. Ръководител: проф. Диана Стефанова

Международно сътрудничество

  • Катедра по невробиология, Университет по Физическо Образование, Познан, Полша

Награди

    • 2015 – Росица Райкова – Награда за високи научни постижения на Съюза на учените в България
    • 2017– Силвия Ангелова – Грамота за ръководител на най-успешен прокт, финансиран по „Програма за подпомагане на млади учени и докторанти в БАН – 2017г.“ –Научно направление : „Биомедицина и качество на живот“
    • 2014 – Капка Манчева – Грамота и парична награда за най-добро представяне в „Научна сесия за докторанти и млади учени „Биомедицина и качество на живот“, 2 Октомври 2014, София, България
    • 2006 – н.с. Мария Даскалова (Есентюрк) – наградата „Иван Евстратиев Гешов“ за най-млад учен от БАН
    • 2003 – доц. Диана Стефанова – Грамота и награда от МОН, Национален съвет „Научни изследвания“ за постигнати високи резултати при разработката на научно-изследователския проект „Електрогенеза в човешки миелинови и демиелинизирани нервни влакна: математично моделиране“ през Осмата конкурсна сесия 1998-2001 г.

Избрани публикации 2008-2021


1. Angelova S., Raikova R., Chakarov V., Aladjov H. (2013) Estimation of the upper arm motor deficit in stroke patients using EMG signals – A preliminary study. Series on Biomechanics, 28 (1-2), 20-27.
2. Angelova S., Ribagin S., Raikova, Veneva I. (2017) Power Frequency Spectrum Analysis of Surface EMG Signals of Upper Limb Muscles During Elbow Flexion – A Comparison Between Healthy Subjects And Stroke Survivors. Journal of Electromyography and Kinesiology), 38,7-16.
3. Arabadzhiev T.I., Dimitrov G.V., Chakarov V.E., Dimitrov A.G., Dimitrova N. A. (2008) Effects of changes in intracellular action potential on potentials recorded by single-fiber, Macro, and belly-tendon electrodes. Muscle & Nerve 37, 700-712.
4. Arabadzhiev T.I., Dimitrov V.G., Dimitrova N.A., Dimitrov G.V. (2010) Interpretation of integral or RMS EMG and estimate of “neuromuscular efficiency” in fatiguing contraction can be misleading, J. Electromyogr. Kinesiol., 20: 223-232.
5. Celichowski J., Raikova R., Drzymala-Celichowska H., Ciechanowicz I., Krutki P., Rusev R. (2008) Model-generated decomposition of motor unit unfused tetani evoked at random stimulation pattern. Journal of Biomechanics, 3448-3454.
6. Celichowski J., Raikova R., Aladjov H., Krutki P. (2014) Dynamic changes of twitch-like responses to successive stimuli studied by decomposition of motor unit tetanic contractions in rat medial gastrocnemius. Journal of Neurophysiology, 112, 3116-3124.
7. Celichowska-Drzymala H., Raikova, Krutki P. (2016) Prolonged activity evokes potentiation and the “sag” phenomenon in slow motor units of rat soleus. Acta Neurobiol. Exp., 76, 152-157.
8. Christov, Raikova R., Angelova S. (2018) Separation of electrocardiographic from electromyographic signals using dynamic filtration. Medical Engineering and Physics, 57, 1-10.
9. Christov I., Gotchev A., Bortolan G., Neycheva T., Raikova R., Schmid R.(2020) Separation of the electromyographic from the electrocardiographic signals and vice versa. A topical review of the Dynamic procedure. International Journal Bioautomation, Institute of Biophysics and Biomedical Engineering at the Bulgarian Academy of Sciences, 24(3) 289-317. 2020, ISSN:1314-2321, 1-23.
10. Dimitrov A.G. (2017) An approach to expand description of the pump and co-transporter steady-state current. Journal of Theoretical Biology, 412, 94-99.
11. Dimitrov A.G., Dimitrova N.A. (2014) Internodal mechanism of pathological afterdischarges in myelinated axons. Muscle and Nerve, 49 (1), 47-55.
12. Dimitrov A.G., Dimitrova N.A. (2013) Axonal Afterdischarges: Problems and Mechanisms. In: Axons: Cell Biology, Molecular Dynamics and Roles in Neural Repair and Rehabilitation., 178-240 Nova Science Publishers Inc., ISBN:9781629480510
13. Dimitrov A.G., Dimitrova N.A. (2012) A possible link of oxaliplatin-induced neuropathy with potassium channel deficit. Muscle and Nerve, 45(3), 403-411.
14. Dimitrov A.G. (2009) A possible mechanism of repetitive firing of myelinated axon. Pflugers Arch – Eur J Physiol, 458(3), 547-561.
15. Dimitrov V. G., Arabadzhiev T. I., Dimitrova N. A., Dimitrov G. V. (2009) Eccentric contraction-induced muscle fiber adaptation. Bioautomation, 13, 4, 119-126.
16. Dimitrov V.G., Arabadzhiev T.I., Dimitrova N.A., Dimitrov G.V. (2012) The spectral changes in EMG during a second bout eccentric contraction could be due to adaptation in muscle fibres themselves: a simulation study. European Journal of Applied Physiology, 112, 4, 1399-1409.
17. Drzymała-Celichowska H., Raikova R., Krutki P. (2015) Decomposition of motor unit tetanic contractions of rat soleus muscle: Differences between males and females. Journal of Biomechanics, Accepted: July 18, 2015; Published Online: July 28, 2015.
18. Krysciak K., Celichowski J., Krutki P., Raikova R., Drzymala-Celichowska H. (2019) Factors contributing to sag in infused tetanic contractions of fast motor units in rat medial gastrocnemius. Journal of Electromyography and Kinesiology, 44:70-77. doi: 10.1016/j.jelekin.2018.11.011.
19. Krutki P., Pogrzebna M., Drzymala H., Raikova R., Celichowski J. (2008) Force generated by fast motor units of the rat medial gastrocnemius muscle during stimulation with pulses at variable intervals. Journal of Physiology and Pharmacology, 59, 85-100.
20. Krutki P., Celichowski J., Raikova R (2012) Motor unit contractions evoked by stimulation with variable interpulse intervals. Biocybernetics and Biomedical Engineering, 32 (3), 29-42.
21. Krutki P., Mrówczyński W., Raikova R., Celichowski J. (2014) Concomitant changes in afterhyperpolarization and twitch following repetitive stimulation of fast motoneurones and motor units. Experimental Brain Research, 232 (2), 443-452.
22. Mancheva K., Karaivanova E., Atanasov G., Stojanovski S., Nedeva I. (2009) Analysis of the influence of the host body size on morphometrical characteristics of Ancylodiscoides siluri and Ancylodiscoides vistulensis. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 23(2), 735-741.
23. Mancheva K., Christova L., Kossev A. (2013) Effects of muscle activation mode on reaction time. Comptes rendus de l’Académie bulgare des Sciences 66 (11), 1633-1638.
24. Mancheva K., Schrader C., Christova L., Dengler R., Kossev A.R. (2014) The effect of muscle vibration on short latency intracortical inhibition in humans. European Journal of Applied Physiology 114 (10), 2073-2080.
25. Mancheva K., Rollnik J.D., Wolf W., Dengler R., Kossev A. (2017) Vibration-Induced Kinesthetic Illusions and Corticospinal Excitability Changes. Journal of Motor Behavior 49(3), 299-305.
26. Mancheva K., Stephanova D.I., Wolf W., Kossev A. (2017) Long-lasting intracortical inhibition during unilateral muscle activity. Badnjevic (ed.) in CMBEBIN, IFMBE proceedings, 62, 333-338.
27. Mancheva, K., Stephanova, D.I., Wolf, W., Kossev, A. (2018) The effect of co-activation of antagonist muscles on motor cortex excitability: a transcranial magnetic stimulation study. International Journal Bioautomation 22 (2): 187-194.
28. Mancheva, K., Vukova, T., Atanasov, G., Kossev, A. (2020) Recruitment curves during different types of muscle activity in non-dominant hand: a transcranial magnetic stimulation study. International Journal Bioautomation 24(4): 393-402
29. Mancheva, K., Kossev, A. Hemisphere asymmetry during different levels of co-activation of antagonist muscles: a transcranial magnetic stimulation study. Comptes rendus de l’Académie bulgare des Sciences, in press (accepted 2020)
30. Mrówczyński W., Celichowski J., Raikova R., Krutki P. (2015) Physiological consequences of doublet discharges on motoneuronal firing and motor unit force. Frontiers in Cellular Neuroscience, 9, Art.No 81, 1-6.
31. Raikova R., Pogrzebna M., Drzymała H., Celichowski J., Aladjov H. (2008) Variability of successive contractions subtracted from unfused tetanus of fast and slow motor units. Journal of Electromyography and Kinesiology, 18, 741-751.
32. Raikova R. (2009) Investigation of the influence of the elbow joint reaction on the predicted muscle forces using different optimization functions. Journal of Musculoskeletal Research, 12, 1-13.
33. Raikova (2010) Some considerations about the prediction of muscle forces for multi-joints biomechanical models. Series on Biomechanics, 25 (3-4), 23-32.
34. Raikova R., Rusev R., Drzymała-Celichowska H., Krutki P., Aladjov H., Celichowski J. (2010) Experimentally verified mathematical approach for prediction of force developed by motor units at variable frequency stimulation patterns. Journal of Biomechanics, 43, 1546-1552.
35. Raikova R.T. (2012) Indeterminate problems in biomechanics – models of muscles and their control (summary paper). Series on Biomechanics, 26 (1-2), 5-16.
36. Raikova R., Aladjov H., Celichowski J., Krutki P. (2013) An approach for simulation of the muscle force modeling it by summation of motor unit contraction forces. Computational and Mathematical Methods in Medicine, Art. No. 625427.
37. Raikova R., Angelova S., Chakarov C., Krastev D. (2014) An approach for experimental investigation of muscle activities of the upper limbs (right versus left arm) of healthy subjects and post-stroke patients – a preliminary study. International Journal Bioautomation, 18(2) 101-110.
38. Raikova R., Angelova S., Ribagin S. (2016) Changes in EMG activities of upper arm muscles and in shoulder joint angles in post-stroke patients. International Journal Bioautomation, 2016, 20(3), 389-406.
39. Raikova, Aladjov H., Krutki P., Celichowski J. (2016) Estimation of the error between experimental tetanic force curves of MUs of rat medial gastrocnemius muscle and their models by summation of equal successive contractions. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 19(7),763-770.
40. Raikova R., Celichowski J., Krutki P. (2016) A general mathematical algorithm for predicting the course of unfused tetanic contractions of motor units in rat muscle. Plos One. 11(9):e0162385
41. Raikova R., Celichowski J., Angelova S., Krutki P. (2018) A model of the rat medial gastrocnemius muscle based on inputs to motoneurons and on an algorithm for prediction of the motor unit force. Journal of Neurophysiology, 120(4):1973-1987, https://doi.org/10.1152/jn.00041.2018
42. Krysciak K., Celichowski J., Krutki P., Raikova R., Drzymala-Celichowska H. (2019) Factors contributing to sag in infused tetanic contractions of fast motor units in rat medial gastrocnemius. Journal of Electromyography and Kinesiology. 2019 Feb;44:70-77. doi: 10.1016/j.jelekin.2018.11.011
43. Rakoczy J., Kryściak K., Drzymała-Celichowska H., Raikova R., Celichowski J. (2020) Biomechanical conditioning of the motor unit transitory force decrease following a reduction in stimulation rate. BMC Sports Sci Med Rehabil 12, 60 (2020). https://doi.org/10.1186/s13102-020-00208-6
44. Raikova R., Krasteva V., Krutki P., Drzymała-Celichowska H., Kryściak K., Celichowski J. (2021). Effect of synchronization of firings of different motor unit types on the force variability in a model of the rat medial gastrocnemius muscle. Plos Computational Biology , Published: April 26, 2021. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008282
45. Rusev R., Raikova , Celichowski J. (2009) Prediction of tetanic force of muscle motor units evoked by irregular stimulation patterns. International Journal Bioautomation, 13 (4), 101-110.