Účastníci
Tato studie byla registrována v Klinické Trials.gov (NCT02358915) a provádí se na BICE výzkumné centrum v Divizi Biokinesiology a Fyzikální Terapie z University of Southern California. Účastníci byli přijati prostřednictvím letáků kampusu a ústně.
všem účastníkům byl před zahájením studie poskytnut institucionálně schválený formulář souhlasu. Kritéria pro zařazení byla: bez postižení a bez viditelného pohybu ušního boltce na povel. Kritéria vyloučení zahrnovala: anamnézu traumatického poranění mozku, kognitivní poruchy, neuromuskulární onemocnění, migrénové bolesti hlavy, dysfunkce temporomandibulárního kloubu nebo záchvaty. Účastníci byli navíc vyloučeni, pokud uvedli, že mají implantovaný kardiostimulátor nebo defibrilátor nebo byli těhotní.
dvoufázový tréninkový protokol
dvoufázový tréninkový protokol (obr. 1) se skládal z: 1. Fáze-usnadnění fáze-to byl navržen tak, aby zážitek z PAMs polohy a pohybu prostřednictvím elektrické stimulace a pohybu zpětnou vazbu a: 2. Fáze-získávání dovedností fáze—které umožnily účastníkům do praxe koordinovaný a kvalifikované PAMs aktivace prostřednictvím tří postupně náročnější cíle orientované na počítačové hry, zatímco na sobě patentovaný hlavy-mount zařízení. I když to není nutné, mimo formální tréninkovou dobu byla podporována praxe „kroucení uší“.
vývojový Diagram Znázorňující dvě fáze školení protokol s 5 studii pre – a post-testu ušní pohyb provádí bez zpětné vazby, před a po každé tréninkové fázi. Fáze I použila elektrickou stimulaci a biofeedback ucha. Fáze II používala čtyřkanálový měřicí systém sEMG a software vyvinutý společností ReachBionics pro hraní počítačových her založených na dovednostech. MVC = maximální dobrovolné kontrakce
Před každým tréninku 5-položky dotazníku byl podáván dokumentu žádné nežádoucí účinky (např. bolesti svalů, bolesti hlavy) zažil po předchozí relaci.
naším primárním závislým měřítkem je ušní pohyb. Maximální pohyb uší bez zpětné vazby byl zaznamenán před a po každém tréninku během obou fází tréninku (tj. Specifické pokyny pro tyto testovací relace jsou „pohybovat uchem nahoru a dozadu, pokud je to možné, a držet jej po dobu 10 sekund“.
Technologie a zařízení
Fáze 1: usnadnění
elektrický stimulátor byl produkován FastStart VQOrtho (Irvine, CA) a je schválen FDA neuromuskulární elektrická stimulátor. Stimulátor má dva nezávislé kanály, pro které lze pro každý kanál nastavit nezávislé úrovně stimulace, což vede ke stimulaci senzorické úrovně nebo stimulaci neuromuskulární úrovně (tj. Standardní, komerčně dostupné malé samolepicí elektrody (1 cm v průměru, self-držet stimulace elektrody) byly umístěny přímo na kůži nad superior a posterior ušní svaly každé ucho před každým tréninkem.
zpětná vazba pohybu byla poskytnuta prostřednictvím MotionMonitor® společností Innovative Sports Training, Inc. verze 9.22 (2015). Tři senzory byly umístěny na třech místech: jeden na pravé ušní šroubovice, jeden na levé ušní šroubovice a jeden mezi obočím (obr. 2, vložka). Poloha ušní šroubovice byla shromažďována elektromagnetickým markerem při vzorkovací frekvenci 120 Hz během každé testovací relace a poskytována jako vizuální zpětná vazba na obrazovce počítače (obr. 2b).
elektrický stimulátor FastStart držený Účastníkem a povrchové elektrody použité pro facilitační fázi. Elektrody byly umístěny na svalovém břiše nadřazených (neviděných) a zadních peri-aurikulárních svalů (viz vložka). Pohled na vložku také ukazuje elektrodu pro pohyb ucha umístěnou na šroubovice ušnice, která byla použita pro zpětnou vazbu pohybu. B účastník, který se pokouší aktivovat PAMs během NMES. Obrazovku počítače s pohybem zpětná vazba je v přední a zrcadlo je umístěn vlevo
Fáze 2: získávání dovedností
Povrchové elektromyografie (sEMG) byl zaznamenán prostřednictvím Biosemi Active two EMG měření systému (NETOPÝŘI) (BioSemi B. V., 1054SC Amsterdam, Nizozemsko). Zařízení pro montáž na hlavu poskytlo řadu 4 elektrodových kontaktů v každé identifikované svalové skupině (superior a posterior aurikulární sval, bilaterálně) (obr. 3a). Předchozí testování zařízení potvrdilo minimální vzájemnou komunikaci mezi čtyřmi kanály. Elektrody pracovaly prostřednictvím pozlacených kolíků používaných jako suché kontakty na povrchu kůže. Obrázek 3a ukazuje zařízení pro upevnění hlavy integrované na dvojici rámů brýlí pro stabilizaci. Obrázek 3b ukazuje účastníka, který pro hru používá akviziční systém semg pro montáž na hlavu.
a systém náhlavní soupravy obsahuje vícekanálový neinvazivní měřicí systém sEMG. sEMG elektrody namontované na sluchátka byly umístěny na kůži kolem uší přes vynikající a zadní peri-ušní svaly a zaznamenaný signál pomocí aplikace-specifický software. b Ukazuje účastník s náhlavní soupravou sedí v přední části počítače, hrát hry během II. Fáze tréninku
Software byl použit k transformaci komplexní koordinace vzory ze čtyř cílené peri-ušní svaly umožnit kontrolu v průběhu tří počítačových her. Algoritmus, který přeložil sEMG na ovládání kurzoru, identifikoval „aktivaci“ve svalu, když napětí EMG Root-mean-square (RMS) překročilo práh. EMG signály byly vzorkovány při 540hz a High-pass filtrovány nad 10hz. Nahrávky byly pořízeny z 8 unipolárních EMG kanálů, spárovaných na každém ze čtyř svalů a diferencovaně vypočtených v softwaru, nakonec poskytujících 4 výstupní kanály. Efektivní hodnota byla měřena v každém kanálu nepřetržitě během předchozích 0,2 s. aktivace byly vypočteny podle stavu „vypnuto“ nebo „Zapnuto“. Zatímco jednoduché prahové hodnoty k určení “ na “ stát je atraktivní, variabilita v základní hluku sílu a velikost aktivace sílu, nevylučuje to možnost, a prahu musel být vypočteny dynamicky. Každých 15 s bylo tedy vypočteno rozdělení Gaussovy směsi až na 120 s předchozích dat s předpokladem dvou shluků (stavy “ off “ a „on“). Aktuální aktivace se pak měří podle předchozí pravděpodobnosti, že odpovídá aktivnímu clusteru, s prahem 0,9, čímž se získá stav „zapnuto“.
systém neustále provádí tyto výpočty pro čtyři EMG kanály odpovídající čtyři peri-ušní svaly pod dohledem. Pro každou z her stanovila sada pravidel, jak byla hra řízena „aktivacemi“ EMG.
v první hře (základní dovednost) bylo v horní části obrazovky 50 cihel (uspořádaných v mřížce 10 × 5). Účastník potřeba „rozbít“ všechny tím, že opakovaně odráží míč na cihly s pádlem, které se pohybují zleva doprava, aby být umístěn pod míč tak, že odrazí zpět. Proto musí účastníci pohybovat pádlem doprava nebo doleva, aby zastavili míč, který se pohybuje různou rychlostí a úhly. V této hře se pádlo pohybuje, pokud je aktivován jeden nebo oba ušní svaly na dané straně bez aktivace na opačné straně. Tato hra vyžadovala schopnost přepínat ovládání ze strany na stranu.
ve druhé hře (střední dovednost) jsou subjekty požádány, aby pohybovaly kurzorem kolem obrazovky 2-D zaměřené na různé cíle uspořádané kolem kruhu. V této hře se kurzor pohybuje vpřed, pokud dojde k bilaterální aktivaci PAM. Kurzor otočí svou orientaci doprava nebo doleva, pokud je aktivován jeden nebo oba svaly na dané straně bez aktivace na protilehlé straně. Výkon byl hodnocen pomocí skóre Fittova zákona, což je standardní metrika pro hodnocení přesnosti polohovacího zařízení. Tato hra vyžadovala izolovanou a koordinovanou aktivaci všech čtyř PAMs.
ve třetí hře (Vysoká dovednost) je student požádán, aby vyplnil jeden ze čtyř čtverců, z nichž každý je spojen s jiným peri-aurikulárním svalem. V této hře se daný čtverec zaplní, pouze pokud je přidružený sval aktivován v nepřítomnosti jakéhokoli jiného svalu. Tato hra vyžadovala selektivní aktivaci každého ze čtyř svalů bez dalších tří. Bylo přijatelné, aby ostatní čtverce byly částečně vyplněny, pokud byl cílový čtverec zcela vyplněn před úplným zaplněním jakéhokoli jiného čtverce. Požadovaný výsledek se odráží naučenou schopností pro izolovanou aktivaci a koordinaci svalů, která je nutná pro úspěch ve hře 3.
postup
Fáze 1: facilitace
Fáze 1 poskytla účastníkům vstup a zkušenosti k získání dobrovolné kontroly PAMs pro pohyb ucha. Pro usnadnění svalové kontrakce byla použita elektrická stimulace. Účastníci byli umístěni před zrcadlem a obrazovkou Motion Monitor© motion feedback, která graficky poskytla informace o amplitudě pohybu ucha směrem nahoru a dozadu (obr. 2b).
pro první trénink byl stimulátor nastaven na stimulaci senzorické úrovně bez svalové kontrakce, aby umožnil pocit aktivace ušního svalu. Na rozdíl od zbývajících relací, pro relaci 1, neexistoval žádný výslovný pokyn k pohybu uší. Místo toho byl účastník požádán, aby věnoval pozornost umístění smyslové stimulace. Zasedání 2 až 9 měla zvýšit dobrovolný pohyb PAMs aplikací neuromuskulární elektrické stimulace na úrovni motoru (NMES) se zpětnou vazbou o velikosti pohybu ucha. Účastníci byli požádáni, aby se maximálně stahovali synchronně se stimulačním cyklem NMES. Účastníci cvičili 1 min zkoušky, až 25 pokusů na relaci na ucho, s přibližně 10 S odpočinku mezi zkouškami. Parametry elektrické stimulace byly nastaveny pro optimalizaci neuromuskulární aktivace a jsou podrobně popsány v tabulce 1 .
v souladu s rozvojem pracovní školení protokol, jsme vytvořili několik pokynů pro postup z napomáhání k získávání dovedností. Náš původní předpoklad byl, že daný rozsah pohybu ucha bude spojen s náborem a koordinací sEMG. Při zpětném pohledu to bylo příliš zjednodušující. Prostřednictvím naší analýzy jsme si uvědomili, že pohyb ucha není dostatečně citlivým měřítkem náboru nebo koordinace sEMG. Počáteční protokol byl napsán tak, že jsme očekávali, že účastníci postoupí k získávání dovedností, pokud by mohli produkovat 5 mm měřitelného ušního pohybu. Během vývoje protokolu, někteří účastníci demonstrovali viditelné a konzistentní semg signály v následujících relacích před nebo někdy produkovat 5 mm měřitelného pohybu. Jediným objektivním měřítkem aurikulární kontroly však byla amplituda pohybu. Protokol byl tedy značně uvolněn, aby umožnil postup, pokud: 1) viditelné kontrola pre-test sEMG každé nové školení aproximovat post-testu předchozího tréninku; 2) byl 5 mm měřitelných ušní pohybu, nebo 3) přesvědčivý argument by mohl být pro vývoj (např. herní scénář by být více motivující a zapojení pro učení). To nám umožnilo přesunout účastníky svým vlastním tempem, podobně jako postup přizpůsobený účastníkům používaný při pokusu o učení nové dovednosti. Kromě toho uznal, že amplituda ušního pohybu nemusí být nejlepším ukazatelem připravenosti zahájit dovednostní fázi praxe. Viz ID 7 data pro příklad.
Fáze 2: získávání dovedností
dovednost získávání fáze umožnila účastníkům rozvíjet jejich nově nalezené volní kontrolu motivující praxe prostřednictvím tří postupně náročnější počítačové hry. Signál sEMG byl použit k hraní cílených počítačových her. Obecně platí, že praxe s hrami se uskutečnila během 5 sezení, každá až 1,5 hodiny na relaci a 2-3krát týdně. Stejně jako ve fázi usnadnění byli účastníci povzbuzováni, aby cvičili pohyby uší mimo školení. Počítačové hry poskytují cílově orientovaný úkol pro praxi bilaterální kontroly PAM, přičemž každá hra roste v obtížích.
při postupném hraní těchto počítačových her nosili účastníci systém semg pro montáž na hlavu znázorněný na obr. 3b. grafické displeje a sluchové tóny umožnily účastníkovi ocenit variace v jejich dobrovolné kontrole. Tato zpětná vazba byla myšlenka zlepšit získávání dovedností v oblasti dobrovolné koordinace čtyři peri-ušní svaly.
Statistické analýzy
Popisné statistiky byly získány z post-test ušní pohyb údajů shromážděných po každém zasedání usnadnění a dovednosti fáze. Prostředky a SDs byly vypočteny z 5 post-testovacích studií získaných po každé relaci. Skupinové srovnání bylo provedeno pomocí neparametrického Welchova t-testu mezi studenty a chudými / nestudujícími. Všechny statistické testy byly provedeny pomocí R verze 3.4.