The effects of stance width on the organization of feed-forward postural adjustments in standing humans

Feed-forward (anticipatory) postural adjustments are known to initiate voluntary movements and displace the CoM within the base of support (BoS). These changes in muscular activity of the supporting limbs precede the onset of voluntary movements. In contrast, postural responses to unexpected surface perturbations occur at short latency after standing balance is disturbed. These compensatory (feedback-based) postural responses are characterized by directionally tuned muscle activity, and directionally limited ground forces. When these feedback responses were faced with a change in initial stance width, the directional tuning remained consistent and EMG magnitudes decreased as the BoS widened. In addition, with a wide stance, the force constraint exhibited a more dispersed pattern. This study sought to better understand the interaction between varying size of base of support and feed-forward postural control mechanisms. Postural musculature, ground forces under both limbs and body kinematics were measured as subjects were asked to stand in a narrow, natural and wide stance and reach towards 13 distinct targets. Results showed spatially tuned muscle activity as well as similar EMG magnitudes between stances in almost all muscles, however, lateral force magnitude and maximum lateral center of mass displacement increased as stance width widened. Force vectors in each limb were limited to 2 directions, displaying a similar force constraint strategy to postural feedback responses. These results suggest that both feedback and feed-forward modes of postural control may share similar underlying organizational strategies in terms of the neural control.Les ajustements posturaux anticipateurs sont connus pour initier les mouvements volontaires et pour déplacer le centre de masse (CM) à l'intérieur de la base de support (BdS). Ces changements dans l'activité musculaire des membres porteurs precèdent le déclenchement des mouvements volontaires. Par contre, les réponses posturales à des perturbations inattendues de la surface se produisent dans un court laps de temps après que l'équilibre ait été perturbé. Ces ajustements posturaux compensatoires (à base de 'feed-back' ou rétroaction) sont caractérisés par des muscles actifs directionnels, et des forces dont les directions sont limitées. Il a été montré que quand ces ajustements ont à répondre à une changement d'écart de jambes initial, l'organisation directionnelle spécifique des muscles reste inchangée et la magnitude des électromyographes (EMG) diminue alors que la base de support s'agrandit. Par ailleurs, plus l'écart de jambes est significatif, plus les forces exercées au sol se dispersaient. Cette étude cherchait à mieux comprendre l'intéraction entre les bases de support variées et le mécanisme proactif des contrôles posturaux. Les musculatures posturales, les forces de réactions au sol sous les 2 membres et les cinématiques du corps ont été mesurées alors qu'on demandait aux sujets de se mettre debout avec des écartements étroits, naturels et écartés des jambes puis ensuite de pointer vers 13 cibles distinctes. Les résultats ont montré une organisation directionnelle spécifique des muscles, aussi bien que des magnitudes d'EMG similaires entre les écartements de jambes pour tous les muscles. Pourtant, la magnitude